KR20160048957A - Water-based cathode slurry for a lithium ion battery - Google Patents

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KR20160048957A
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헌표 홍
효선 안
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우미코르
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Abstract

본 발명에서는, 리튬 전이금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 활물질을 포함하는 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리로서, 상기 리튬 전이금속 산화물 분말이 1차 입자의 응집체로 이루어지고, 상기 1차 입자가 중합체를 포함하는 코팅층을 구성하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리를 제시한다. 중합체는 바람직하게는 50 wt% 이상의 플루오린을 함유하는 플루오린 함유 중합체이다. 코팅층은 바람직하게는 제1 코팅 내층 및 제2 코팅 외층을 포함하고, 제2 외층은 플루오린 함유 중합체를 포함하고, 제1 내층은 플루오린 함유 중합체와 1차 입자 표면의 반응 산물로 이루어진다. 반응 산물을 바람직하게는 LiF를 포함한다.According to the present invention, there is provided an aqueous lithium ion battery cathode slurry comprising a cathode active material containing a lithium transition metal oxide powder, wherein the lithium transition metal oxide powder comprises an aggregate of primary particles and the primary particles comprise a polymer Thereby forming a coating layer. The polymer is preferably a fluorine-containing polymer containing 50 wt% or more of fluorine. The coating layer preferably comprises a first coating inner layer and a second coating outer layer, the second outer layer comprises a fluorine containing polymer, and the first inner layer comprises the reaction product of the fluorine containing polymer and the primary particle surface. The reaction product preferably includes LiF.

Description

리튬이온 배터리용 수성 캐소드 슬러리{WATER-BASED CATHODE SLURRY FOR A LITHIUM ION BATTERY}[0001] Description [0002] WATER-BASED CATHODE SLURRY FOR A LITHIUM ION BATTERY FOR LITHIUM ION BATTERY [0003]

본 발명은 리튬이온 재충전 배터리의 양극용 수성 전극 코팅 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an aqueous electrode coating technique for a positive electrode of a lithium ion rechargeable battery.

리튬이온 배터리는 기본적으로 전해질로 함침되고, 전류 커넥터에 부착되어, 배터리 케이스에 삽입된 젤리롤이다. 젤리롤은 적어도 음극(애노드(anode)), 다공성 전기 절연막(분리막(separator)) 및 양극(캐소드(cathode))으로 이루어진다. 전형적으로, 전극은 전기 활성의 합제에 의해 양면에 코팅된 금속 박(또는 기판)이다. 전기활성의 합제는 다공성이며 활물질의 입자로 이루어지며, 입자를 서로에게 접착시키고 기판 위에 접착시키는 결합제를 포함하고 도전율을 증가시키는 도전제를 포함한다. 배터리 조립 후 공극은 전해질에 의해 채워질 것이다.A lithium ion battery is basically a jelly roll impregnated with an electrolyte, attached to a current connector, and inserted into a battery case. The jelly roll comprises at least a cathode (anode), a porous electrically insulating film (separator) and a cathode (cathode). Typically, the electrode is a metal foil (or substrate) coated on both sides with an electroactive mixture. The electroactive mixture comprises a conductive agent that is porous and consists of particles of active material and includes a binder that bonds the particles to one another and adheres to the substrate and increases conductivity. After battery assembly, the pores will be filled by the electrolyte.

음극(애노드)은 통상적으로 집전체로서 동박으로 이루어지고, 활성 합제는 통상적으로 >90% 흑연 형태의 탄소로 이루어지고, 나머지 <10%는 결합제 및 도전제로 이루어진다.The anode (anode) typically consists of a copper foil as a current collector, the active additive typically consists of> 90% graphitic carbon, and the remaining <10% consists of a binder and a conductive agent.

종래의 전극 제조 기술은 점성의 슬리리를 집전체 기판 위에 코팅하는 습식 코팅 공정이다. 종래의 접근법에서, 슬러리는 NMP(N-메틸-피롤리돈) 유기 용매 분산액이다. 결합제, 통상적으로 PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 기재 공중합체가 용매 및 도전제에 용해될 뿐만 아니라. 전기 활성의 전극 물질이 슬러리에 현탁된다.Conventional electrode manufacturing technology is a wet coating process for coating a viscous slurry onto a collector substrate. In a conventional approach, the slurry is an NMP (N-methyl-pyrrolidone) organic solvent dispersion. A binder, typically a PVDF (polyvinylidene fluoride) based copolymer, is not only dissolved in the solvent and in the conductive agent. The electroactive electrode material is suspended in the slurry.

NMP/PVDF 기재 슬러리는 전형적으로 시간당 수 km의 높은 코팅 속도로 고품질의 공업용 코팅을 가능하게 하는 우수한 점성역학적 특성을 갖는다. NMP / PVDF based slurries have excellent viscoelastic properties that enable high quality industrial coatings, typically at high coating speeds of several kilometers per hour.

PVDF는 최상의 결합제는 아니지만 유기 NMP 기재 코팅 기술에 매우 적합하다. 결합제로서 PVDF의 중요한 측면은 말하자면 팽윤 능력이다. 배터리에 사용되는 전해질은 PVDF 결합제를 용해할 수는 없지만 연화시킬 수 있다. 결과적으로 "팽윤된" PVDF는 Li 이온 전도성을 갖는다. 전극을 건조한 후, 활물질 입자의 일부분을 PVDF로 피복한다. PVDF가 이온 절연체가 아니라면, 표면 피복은 리튬의 이동을 차단할 것이다. 팽윤된 중합체의 이온 전도성으로 인해, PVDF 피복에도 우수한 용량과 율속 특성이 달성된다. NMP는 가연성이며 약간의 독성을 갖는다. NMP 증기는 흡입 및 폭발 위험으로 인해 큰 문제가 되고 있으며, 환경에 다량으로 방출될 수 없다.PVDF is not the best binder but is well suited for organic NMP based coating technology. An important aspect of PVDF as a binder is its ability to swell. The electrolyte used in the battery is not capable of dissolving the PVDF binder but can soften it. As a result, "swollen" PVDF has Li ion conductivity. After the electrode is dried, a portion of the active material particles is coated with PVDF. If PVDF is not an ionic insulator, the surface coating will block lithium migration. Due to the ionic conductivity of the swollen polymer, excellent capacity and rate-limiting characteristics are achieved in PVDF coating. NMP is flammable and has some toxicity. NMP vapors are a major concern due to the risk of inhalation and explosion, and can not be released to the environment in large quantities.

종래의 유기 코팅 공정, 즉 집전체 기판에 NMP/PVDF 기재 슬러리의 코팅은 비용이 많이 든다. NMP는 비교적 높은 증기 온도를 가지기 때문에, 상대적으로 고온(예를 들어, 120℃)에서 전극 건조를 수행한다. 비용 및 환경적인 이유로 인해, NMP는 고온 건조 기체로부터 재활용되어야 한다. 재활용은 응결에 의해 이루어질 수 있지만, 에너지와 비교적 고가의 설비를 요구한다. NMP의 가연성은 폭발 안전성 장비를 요구하며, 이것으로 비용이 추가로 상승된다. 따라서, 유기 NMP 기재 코팅 공정을 수성 코팅 공정으로 대체하려고 시도해왔다. 이러한 시도는 음극(애노드)에는 완전히 성공적이었다. 10년 전 애노드는 NMP 공정에 의해서만 코팅되었지만, 현재 애노드의 대부분이 수성 코팅 공정으로 제조된다. 수성 코팅 공정의 유리한 점은 (a) 불연성 - 그의 따른 폭발 방지 장치의 불필요, (b) 낮은 건조 온도 및 (c) 용매의 재활용이 불필요하다는 것이다. Conventional organic coating processes, i.e. coating of NMP / PVDF based slurries on current collector substrates, are expensive. Since NMP has a relatively high vapor temperature, electrode drying is performed at relatively high temperatures (e.g., 120 占 폚). For cost and environmental reasons, the NMP must be recycled from the hot dry gas. Recycling can be done by condensation, but requires energy and relatively expensive equipment. Flammability of NMP requires explosion safety equipment, which further increases the cost. Accordingly, attempts have been made to replace the organic NMP substrate coating process with an aqueous coating process. This attempt was completely successful for the cathode (anode). A decade ago, the anode was only coated by the NMP process, but most of the current anode is now produced by an aqueous coating process. Advantages of the aqueous coating process are: (a) non-flammability - no need for its explosion-proofing device, (b) low drying temperature, and (c) solvent recycling is unnecessary.

애노드 코팅을 위한 통상적인 수성 슬러리는 다음과 같이 제조된다. 산업용 코팅 작업을 가능하게 하는 점성역학적 특성을 개선하기 위해 CMC(카복시메틸 셀룰로스)를 물에 용해한다. 동시에, CMC는 흑연 기재의 탄소 전기 활물질 및 탄소 도전제를 위한 계면활성제로서 역할을 한다. 전극 건조 후, CMC는 잔류하여 결합제로서 역할을 하지만 CMC는 취성을 갖는다. 전극을 연화시키고, 전극을 보다 탄성적으로 만들고, 기판과 코팅층 사이에 접착력을 향상시키 위해, 결합제로서 SBR(스티렌-부타디엔 고무) 미립자를 슬러리에 첨가한다. 결합제 입자는 용해되지 않는다. 상기 진보된 SBR 라텍스 결합제는 JSR 코포레이션(Tokyo, Japan)에서 얻을 수 있다. A typical aqueous slurry for anode coating is prepared as follows. CMC (carboxymethylcellulose) is dissolved in water to improve the viscous mechanical properties that enable industrial coating operations. At the same time, CMC serves as a carbon electroactive material based on graphite and as a surfactant for the carbon conductive agent. After electrode drying, CMC remains and acts as a binder, but CMC is brittle. SBR (styrene-butadiene rubber) microparticles as a binder are added to the slurry to soften the electrode, make the electrode more elastic, and improve the adhesion between the substrate and the coating layer. The binder particles are not dissolved. The advanced SBR latex binder can be obtained from JSR Corporation (Tokyo, Japan).

양극(캐소드)의 경우, 유사한 접근법이 바람직하다. 애노드 기술과 유사하게, 캐소드의 경우 수성 코팅은 비용을 절감할 것이며 보다 환경 친화적일 것이다. 그러나 애노드와는 반대로, 캐소드의 수성 코팅은 더 까다롭다. 주요 문제는 많은 캐소드 물질이 물에서 불활성이 아니어서 문제를 일으키고 캐소드의 수성 코팅 공정을 수행하기 복잡하게 만든다는 사실이다. 캐소드를 제조하기 위한 수성 코팅 기술의 이용 예는 미국 특허 2013-0034651호에서 찾아볼 수 있다. 배터리 내에서, 캐소드는 고전압이다(Li/Li+에 대해 측정된 경우). 고무는 낮은 애노드 전압에서 안정하지만 고전압에서는 대부분의 고무가 분해된다. 따라서, 더 적합한 고무, 예를 들어 플루오르화 아크릴 라텍스 고무가 개발되었다. 이러한 결합제 중 하나는 플루오린 아크릴릭 하이브리드 라텍스(Fluorine Acrylic Hybrid Latex)(TRD202A)이며, JSR 코포레이션에서 공급된다. 명세서에서, 본 발명자들은 "FAP(Fluorine Acrylate Polymer)"로 언급한다.In the case of a cathode (cathode), a similar approach is preferred. Similar to the anode technology, in the case of cathodes, aqueous coatings will save money and be more environmentally friendly. However, as opposed to the anode, the aqueous coating of the cathode is more difficult. The main problem is the fact that many cathode materials are not inert in water, causing problems and complicating the aqueous coating process of the cathode. Examples of the use of aqueous coating techniques for making cathodes can be found in U.S. Patent No. 2013-0034651. Within the battery, the cathode is a high voltage (as measured against Li / Li +). Rubber is stable at low anode voltage, but at high voltage most rubber decomposes. Thus, more suitable rubbers, for example fluorinated acrylic latex rubbers, have been developed. One such binder is Fluorine Acrylic Hybrid Latex (TRD202A), supplied by JSR Corporation. In the specification, the present inventors refer to as "Fluorine Acrylate Polymer (FAP) ".

WO2012-111116호에서, 수성 용매 중에 활물질 및 결합제로 형성된 양극을 가진 리튬이온 이차 배터리를 제공한다. 양극 활물질의 표면은 소수성 코팅으로 코팅되고 결합제는 수성 용매에 용해되거나 분산된다. 양극 활물질 분말은 대략 1 μm 내지 15 μm 범위의 2차 입자를 가지며, 다수의 극미립자의 활물질의 응집에 의해 형성된다. 발수성 수지로 코팅된 양극 활물질은 적합한 용매 중에 물질 및 PVDF와 같은 발수성 수지를 분산시키거나 혼합하여 페이스트 형태의 혼합물을 제조하고, 100℃ 내지 180℃에서 페이스트 형태의 혼합물을 건조하여 얻을 수 있다. 이 접근법은 신규한 것은 아니며, 다른 이유를 위한 것이긴 하지만, WO2009-097680호에 이미 기재되었다. 본 저자들은 WO2012-111116호 및 WO2009-097680호의 공정에 의해 얻은 코팅이 해결하고자 한 문제를 해결하기는 매우 만족스럽지 않다는 것을 발견하였다. 완전한 코팅이나 물 침입으로부터 캐소드 표면의 충분한 보호, 또는 캐소드 물질에 코팅층의 만족스러운 접착도 달성되지 않는다. 달성된 것은 결정립 경계로 침투하지 못하여 비교적 두껍고 불량하게 접착하는 중합체 층에 의한 단지 부분적인 코팅이어서, 2차 입자의 일부분만이 보호되고 1차 입자는 보호되지 않는다. 이것은 WO2011-054440호에 상당히 자세히 설명되었다. In WO2012-111116, there is provided a lithium ion secondary battery having an anode formed of an active material and a binder in an aqueous solvent. The surface of the cathode active material is coated with a hydrophobic coating and the binder is dissolved or dispersed in an aqueous solvent. The cathode active material powder has secondary particles in a range of approximately 1 m to 15 m, and is formed by agglomeration of the active material of a plurality of fine particles. The positive electrode active material coated with the water-repellent resin can be obtained by dispersing or mixing the material and the water-repellent resin such as PVDF in a suitable solvent to prepare a paste-like mixture and drying the paste-like mixture at 100 ° C to 180 ° C. This approach is not new and is for other reasons, but has already been described in WO2009-097680. The present inventors have found that the coatings obtained by the processes of WO2012-111116 and WO2009-097680 are not very satisfactory to solve the problem to be solved. Sufficient protection of the cathode surface from complete coating or water penetration, or satisfactory adhesion of the coating layer to the cathode material is not achieved. What is achieved is only a partial coating with a relatively thick and poorly adhering polymeric layer that does not penetrate the grain boundaries, so that only a fraction of the secondary particles are protected and the primary particles are not protected. This has been described in considerable detail in WO2011-054440.

미래에는, 리튬 배터리 시장이 자동차 용도에 점점 더 지배받을 것으로 예상된다. 자동차 용도는 매우 큰 배터리를 요구한다. 배터리는 비싸서 가능한 최저 비용으로 생산되어야 한다. 비용의 상당한 부분은 양극에서 비롯된다. 저렴하고 환경 친화적인 공정에 의해 이러한 전극을 제공하는 것은 비용을 절감하고 시장 수용성을 증가시키는데 도움이 될 수 있다. 그러므로 수성 코팅 기술은 자동차 용도를 위한 리튬 배터리 시장을 발전시키기 위한 이점이 된다. 또한, 자동차 배터리는 여러 해 지속되야 한다. 이러한 시간 동안 배터리는 항상 작동하지는 않는다. 배터리의 긴 수명은 2가지 특성, (a) 저장 시 용량의 적은 손실 및 (b) 높은 사이클 안정성과 관련된다. 많은 자동차 전지, 특히 하이브리드 자동차 배터리는 효율적인 회생 제동을 가능하게 할 수 있을 뿐 아니라 가속 시 충분한 전력을 공급하기 위해 필요한 높은 펄스 전력을 요구한다.In the future, the lithium battery market is expected to become increasingly dominant in automotive applications. Automotive applications require very large batteries. Batteries are expensive and must be produced at the lowest possible cost. Much of the cost comes from the anode. Providing these electrodes by cheap and environmentally friendly processes can help to reduce costs and increase market acceptance. Therefore, aqueous coating technology is an advantage for developing the lithium battery market for automotive applications. In addition, automotive batteries must last for many years. During this time the battery does not always work. The long service life of a battery is related to two characteristics: (a) low loss of capacity during storage and (b) high cycle stability. Many automotive batteries, especially hybrid automotive batteries, require high pulse power to enable efficient regenerative braking as well as to provide sufficient power during acceleration.

펄스 전력과 관련된 중요한 특성은 직류 저항(DCR: direct current resistance)이다. 낮은 DCR 저항은 높은 펄스 전력을 달성하는데 필수적이다. 과거에는, 수성 전극 코팅 공정으로 제조된 캐소드의 DCR 저항을 개선하는데 문제점이 있어왔다. 게다가, 배터리의 장기간 작동 시 DCR 증가를 제한하는데 문제가 있었다. An important characteristic associated with pulse power is direct current resistance (DCR). Low DCR resistance is essential to achieve high pulse power. In the past, there has been a problem in improving the DCR resistance of a cathode made by an aqueous electrode coating process. In addition, there was a problem in limiting the increase in DCR during long-term operation of the battery.

본 발명은, 특히 상기에 인용된 DCR 문제의 측면에서, 상기 자동차 배터리 용도에 특히 적합한 양극 수성 코팅 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an anodic aqueous coating composition particularly suited for such automotive battery applications, especially in terms of the DCR problems cited above.

첫째 측면에서 볼 때, 본 발명은 리튬 전이금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 활물질을 포함하는 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리로서, 상기 리튬 전이금속 산화물 분말이 1차 입자의 응집체로 이루어지고, 상기 1차 입자가 중합체를 포함하는 코팅층을 구성하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리를 제공할 수 있다. 코팅층은 소수성을 가질 수 있다. 중합체는 50 wt% 이상의 플루오린을 포함하는 플루오린 함유 중합체일 수 있다. In a first aspect, the present invention is an aqueous lithium ion battery cathode slurry comprising a cathode active material comprising a lithium transition metal oxide powder, wherein the lithium transition metal oxide powder comprises an aggregate of primary particles, Wherein the water soluble lithium ion battery cathode slurry comprises a coating layer comprising a polymer. The coating layer may have hydrophobicity. The polymer may be a fluorine-containing polymer comprising 50 wt% or more of fluorine.

한 실시양태에서, 코팅은 제1 코팅 내층 및 제2 코팅 외층을 포함하며, 제2 외층은 플루오린 함유 중합체를 포함하고, 제1 내층은 플루오린 함유 중합체와 1차 입자 표면의 반응 산물로 이루어진다. 또한, 본 발명은 리튬 전이금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 활물질을 포함하는 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리로서, 상기 리튬 전이금속 산화물 분말이 1차 입자의 응집체로 이루어지고, 1차 입자가 중합체를 포함하는 코팅층을 구성하고, 상기 중합체가 50 wt% 이상의 플루오린을 포함하는 플루오린 함유 중합체이고, 상기 코팅층이 제1 코팅 내층 및 제2 코팅 외층을 포함하며, 제2 외층이 플루오린 함유 중합체를 포함하고, 제1 내층이 플루오린 함유 중합체와 1차 입자 표면의 반응 산물로 이루어지는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리를 제공한다. In one embodiment, the coating comprises a first coating inner layer and a second coating outer layer, the second outer layer comprises a fluorine containing polymer, and the first inner layer comprises a reaction product of a fluorine containing polymer and a primary particle surface . The present invention also relates to an aqueous lithium ion battery cathode slurry comprising a cathode active material comprising a lithium transition metal oxide powder, wherein the lithium transition metal oxide powder comprises an aggregate of primary particles and the primary particles comprise a polymer Comprising a fluorine containing polymer wherein the polymer comprises at least 50 wt% of fluorine, the coating layer comprising a first coating inner layer and a second coating outer layer, the second outer layer comprising a fluorine containing polymer , Wherein the first inner layer comprises a reaction product of a fluorine-containing polymer and a primary particle surface.

상기 실시양태에서, 반응 산물은 LiF를 포함할 수 있다. LiF 내 리튬은 1차 입자 표면에서 유래할 수 있다. LiF를 포함하는 반응 산물 중 플루오린은 제2 외층에 존재하는 부분적으로 분해된 플루오린 함유 중합체로부터 유래할 수 있다. 한 실시양태에서 제1 코팅 내층은 두께가 0.5 nm 이상, 바람직하게는 0.8 nm 이상, 가장 바람직하게는 1 nm 이상인 LiF 막으로 이루어진다. 일부 실시양태에서, 플루오린 함유 중합체는 PVDF, PVDF-HFP 또는 PTFE 중 하나일 수 있고, 플루오린 함유 중합체는 바람직하게는 0.2 μm 내지 0.5 μm의 평균 입자 크기를 가진 응집된 1차 입자로 이루어진다.In this embodiment, the reaction product may comprise LiF. Lithium in LiF can originate from the primary particle surface. Among the reaction products containing LiF, fluorine may be derived from the partially decomposed fluorine-containing polymer present in the second outer layer. In one embodiment, the first coating inner layer comprises a LiF film having a thickness of at least 0.5 nm, preferably at least 0.8 nm, and most preferably at least 1 nm. In some embodiments, the fluorine containing polymer may be one of PVDF, PVDF-HFP, or PTFE, and the fluorine containing polymer preferably consists of agglomerated primary particles having an average particle size of from 0.2 μm to 0.5 μm.

상기 실시양태와 결합된 한 실시양태에서, 리튬 전이금속 산화물은 일반식 Li1+aM1-aO bM'kSm을 가지며, 상기 일반식에서, -0.03<a<0.06이고, b<0.02이고, M은 금속 기재 조성물이고, 상기 M의 95% 이상은 Ni, Mn, Co, Mg 및 Ti의 군 중에서 한 가지 이상의 원소로 이루어지며, 상기 M'는 Ca, Sr, Y, La, Ce 및 Zr의 군 중에서 한 가지 이상의 원소로 이루어지며, 0≤k≤0.1이고, 이때 k는 wt%로 나타내고, 0≤m≤0.6이고, 이때 m은 mol%로 나타낸다. 여기서, M=NixMnyCoz 일 수 있으며, 상기에서 x>0, y>0, z>0이고, x+y+z=1이고, x/y≥1이다. 한 실시양태에서, 0.33≤x≤0.7이고, 0.1 <z<0.35이다. 또 다른 실시양태에서, 0.4≤x≤0.6이고, x/y>1이다. 또 다른 실시양태에서, k=m=0, 0≤a≤0.04, x+y+z=1 , 0.4≤x≤0.6, x/y>1이고, 0.1 <z<0.35이다. In one embodiment combined with this embodiment, the lithium transition metal oxide has the general formula Li 1 + a M 1-a O 2 + b M ' k Sm, wherein -0.03 <a <0.06 and b M is at least one element selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Mg and Ti, and M 'is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Y, La, Ce and Zr, where 0? K? 0.1, where k represents wt% and 0? M? 0.6, where m represents mol%. Where x> 0, y> 0, z> 0, x + y + z = 1, and x / y≥1, where M = Ni x Mn y Co z . In one embodiment, 0.33? X? 0.7 and 0.1 <z <0.35. In another embodiment, 0.4? X? 0.6 and x / y> 1. In another embodiment, k = m = 0, 0? A? 0.04, x + y + z = 1, 0.4? X? 0.6, x / y> 1 and 0.1 <z <0.35.

본 발명에 따른 또 다른 산물의 실시양태는 상기에 기재된 상이한 산물의 실시양태에 의해서 포함되는 특성을 갖도록 제공될 수 있음이 명백하다. 수성 슬러리는 도전제(예를 들어, 수퍼-P(Super-P) 또는 흑연) 및 수성 결합제(예를 들어, 카복시메틸 셀룰로스(CMC) 또는 플루오린 아크릴레이트 중합체(FAP))를 더 포함할 수 있다. It is clear that another embodiment of the product according to the present invention may be provided having the characteristics included by the embodiment of the different products described above. The aqueous slurry may further comprise a conductive agent (e.g., Super-P or graphite) and an aqueous binder (e.g., carboxymethylcellulose (CMC) or fluorine acrylate polymer (FAP) have.

두 번째 측면에서 볼 때, 본 발명은 리튬이온 배터리용 캐소드의 제조에 있어서의 상기에 기재된 실시양태 중 한 실시양태의 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리의 용도로서, 상기 캐소드가 알루미늄 기판을 포함하는 것인 용도를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 자동차 용도를 위한 리튬이온 배터리의 제조에 있어서의 상기에 기재된 실시양태 중 한 실시양태의 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리의 용도를 제공할 수 있다. In a second aspect, the invention is directed to the use of an aqueous lithium ion battery cathode slurry of one of the embodiments described above in the production of a cathode for a lithium ion battery, wherein said cathode comprises an aluminum substrate Can be used. The present invention may also provide the use of an aqueous lithium ion battery cathode slurry of one of the embodiments described above in the manufacture of lithium ion batteries for automotive applications.

본 발명은 수성 코팅에 적용하기 위한 이중 쉘로 코팅된 Ni-Mn-Co 또는 NMC 기재 캐소드 물질을 개시한다. 외부 쉘은 중합체이고, 내부 쉘은 LiF 박막이다. 상기 물질은 구조, 장점, 및 이를 제조하기 위한 방법이 상세하게 논의되어 있는 WO2011-054440호에 공지되어 있다. 그러므로 상기 출원은 본원에서 그 전문으로 참고에 포함된다. 외부 쉘은 캐소드 물질의 수안정성을 증가시킨다. 물에 표면 피복이 적을수록 캐소드에 더 적은 손상과 더 적은 이온교환과 연관될 것이며, 아래에서 더 상세하게 논의될 것이지만, 이온교환은 슬러리의 pH 증가와 강한 pH 회복에 원인이 되기 때문에 이온교환은 바람직하지 않다. 내부 쉘은 LiF이며 중합체와 캐소드 물질의 표면 위나 가까이에 존재하는 잔여 염기 사이의 반응으로부터 유래한다. 반응은 표면 염기를 효과적으로 분해함으로써 캐소드 물질의 염기 전위를 감소시킨다. WO2011-054440호에서 이중 쉘로 코팅된 활물질이 종래의 NMP(N-메틸-피롤리돈) 유기 용매 기재 분산액을 위해 제안된다. 상기 특허는 배터리 제조 공장에서 전극에서 저장기간 동안에 분말의 소결과 혼입 사이에서 공기에 물질이 노출됨에 의해 주위로부터 수증기 및 CO2의 흡수와 관련된다. 결합제 수용액에 직접적인 침지에 의해 발생하는 반응은 약간 상이한 특성이며 더 격렬하기 때문에, 수성 기재 결합제와 함께 사용하는 것과 관련한 상기 공기 노출 시험으로부터 결론을 내릴 수 없었다. 실제로, 리튬 전이금속 분말과 직접 접촉하는 수성 기재 결합제를 갖는 배터리의 성능 감소에 있어 주된 원인 중의 하나는 배터리 내에서 원하지 않는 부반응을 일으키는 캐소드의 손상이다. 이것은 엠. 스프레아피고(M. Spreafico) 연구자들의 문헌("PVDF Latex As a binder for Positive Electrodes in Lithium-Ion Batteries", in Industrial & Engineering Chemistry Research, published on the internet on February 18, 2014)에서 확인된다. 스프레아피코는 물이 입자 표면에 점진적으로 손상을 줌으로써 캐소드로부터 부반응을 촉매하고, 비가역 반응을 촉진하고, 사이클링 과정에서 용량 손실을 일으킬 수 있었다고 명시하고 있다.The present invention discloses a Ni-Mn-Co or NMC-based cathode material coated with a double shell for application to aqueous coatings. The outer shell is a polymer and the inner shell is a LiF thin film. Such materials are known from WO2011-054440 in which the structure, advantages, and methods for making the same are discussed in detail. Therefore, the above application is incorporated herein by reference in its entirety. The outer shell increases the water stability of the cathode material. The less surface coating in water will be associated with less damage to the cathode and less ion exchange and will be discussed in more detail below, but since ion exchange causes pH increase of the slurry and strong pH recovery, It is not preferable. The inner shell is LiF and is derived from the reaction between the polymer and the residual base present on or near the surface of the cathode material. The reaction effectively decomposes the surface base thereby reducing the base potential of the cathode material. In WO2011-054440, a double-shell coated active material is proposed for a conventional NMP (N-methyl-pyrrolidone) organic solvent-based dispersion. The patent relates to the absorption of water vapor and CO 2 from the surroundings by exposure of the material to air between sintering and incorporation of the powder during storage at electrodes in a battery manufacturing plant. Since the reaction caused by direct immersion in the aqueous binder solution is a slightly different characteristic and more intense, it has not been possible to conclude from the above-described air exposure test in connection with use with an aqueous substrate binder. Indeed, one of the main causes of the performance degradation of batteries with aqueous substrate binders in direct contact with the lithium transition metal powder is the damage of the cathode causing unwanted side reactions in the battery. This is M. Are identified in M. Spreafico et al., "PVDF Latex As a binder for Positive Electrodes in Lithium-Ion Batteries &quot;, in Industrial & Engineering Chemistry Research, published on the internet on February 18, Sprea Pico states that water can progressively damage the particle surface, thereby catalyzing side reactions from the cathode, promoting irreversible reactions, and causing loss of capacity during cycling.

[도 1a]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 율속 특성 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지(full cell))
[도 1b]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 온도 특성(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1c]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 DCR 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1d]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 DCR 증가 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1e]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 회복 용량 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1f]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 보유 용량 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1g]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 실온에서 사이클 안정성 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 1h]: 수성 결합제로 코팅된 NMC532의 45℃에서 사이클 안정성 결과(NMP 기재 결합제의 완전 전지)
[도 2a]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 율속 특성 결과
[도 2b]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR
[도 2c]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR 증가
[도 2d]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 보유 용량
[도 2e]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 회복 용량
[도 2f]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 실온에서 NMC532의 사이클 안정성 결과
[도 2g]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 45℃에서 사이클 안정성 결과
[도 3a]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 율속 특성 결과
[도 3b]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 온도 특성
[도 3c]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR
[도 3d]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR 증가
[도 3e]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 보유 용량
[도 3f]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 회복 용량
[도 3g]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 실온에서 사이클 안정성 결과
[도 3h]: NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 45℃에서 사이클 안정성 결과
[도 4]: 250℃에서 가열된 Li Ni-Mn-Co 산화물/1% PVDF 혼합물의 FESEM 현미경 사진
[도 5a]: 코팅된 전극의 SEM 현미경 사진(롤 프레스로 압축하지 않음)
왼쪽: 수성 코팅 - 산 무첨가. 오른쪽: 산 첨가
[도 5b]: 평형 후, 4개의 상이한 샘플에 대해 산 첨가 1분 후 및 산 첨가 2시간 후에 pH의 비교.
[도 6a]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 율속 특성
[도 6b]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 온도 특성
[도 6c]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 DCR
[도 6d]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 DCR 증가
[도 6e]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 보유 용량
[도 6f]: 수성 결합제 시스템의 완전 전지에서 NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 회복 용량
[도 6g]: NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 실온에서 사이클 안정성(수성 결합제의 완전 전지)
[도 6h]: NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 45℃에서 사이클 안정성(수성 결합제의 완전 전지)
Fig. 1a: Rate-of-property results of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1b: Temperature characteristics of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1c: DCR results of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1d: Results of DCR increase of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1e: Recovery capacity results of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1f: Retention capacity results of NMC532 coated with aqueous binder (full cell of NMP substrate binder)
Figure 1g: Cycle stability results of NMC532 coated with aqueous binder at room temperature (full cell of NMP substrate binder)
(Fig. 1h): Cycle stability results of NMC532 coated with aqueous binder at 45 DEG C (full cell of NMP substrate binder)
[Figure 2a]: Rate characteristic results of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 2b: DCR of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 2c: DCR increase of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 2d: The retention capacity of NMC532 in the NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 2e: Recovery capacity of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
[Figure 2f]: Cycle stability results of NMC532 at room temperature in NMP substrate binder system and aqueous binder system
[Fig. 2g]: Cycle stability results of NMC532 at 45 [deg.] C in an NMP substrate binder system and an aqueous binder system
[Figure 3a]: The rate-limiting characteristic results of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 3b: Temperature characteristics of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 3c: DCR of NMC532 in an NMP substrate binder system and an aqueous binder system
[Figure 3d]: Increase in DCR of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system
Figure 3e: The retention capacity of NMC532 in an NMP substrate binder system and an aqueous binder system
Figure 3f: Recovery capacity of NMC532 in NMP base binder system and aqueous binder system
[Figure 3g]: Cycle stability results of NMC532 at room temperature in an NMP substrate binder system and an aqueous binder system
[Figure 3h] Cycle stability results of NMC532 at 45 [deg.] C in an NMP substrate binder system and an aqueous binder system
4: FESEM micrograph of Li Ni-Mn-Co oxide / 1% PVDF mixture heated at 250 ° C
Figure 5a: SEM micrographs of the coated electrode (not compressed with a roll press)
Left: aqueous coating - no acid added. Right: acid addition
[Figure 5b]: Comparison of pH after equilibration, after one minute of acid addition for four different samples and after two hours of acid addition.
Figure 6a: Rate characteristics of NMC532 and dual shell NMC532 in a full battery of aqueous binder system
Figure 6b: Temperature characteristics of NMC532 and dual shell NMC532 in a full cell of an aqueous binder system
Figure 6c: DCR of NMC532 and dual shell NMC532 in a full cell of an aqueous binder system
[Figure 6d]: DCR increases in NMC532 and double shell NMC532 in a full cell of an aqueous binder system
[Figure 6e]: The retention capacity of NMC532 and double shell NMC532 in a full cell of an aqueous binder system
[Figure 6f] Recovery capacity of NMC532 and double shell NMC532 in a full cell of an aqueous binder system
[Figure 6g] Cycle stability (full cell of aqueous binder) at room temperature of NMC532 and double shell NMC532
(Fig. 6h): Cycle stability (full cell of aqueous binder) of NMC532 and dual shell NMC532 at &lt; RTI ID =

관심 캐소드는 Ni-Mn-Co 또는 NMC 기재 캐소드 물질이다. 이들의 일반 조성물은 Li[LixM1 -x]O2(식 중에서, M은 Ni1 -a- bMnaCob)이다. 본 발명자들은 앞으로 산화리튬 조성물을 "NMC"로 언급할 것이다. M은 도판트 A로 5 mol%까지 더 도프(dope)될 수 있으며, 도판트 A는 Mg, Al, Ti, Zr, Ca, Ce, Cr, W, Si, Fe, Nb, Sn, Zn, V 및 B로부터 선택된 한 가지 이상이 될 수 있다. 알려진 예는 a=b=0.33으로 결과적으로 "111" 화합물이거나, a=0.30, b=0.20으로 결과적으로 "532" 화합물이거나, a=b=0.20으로 결과적으로 "622" 화합물이다. 이들 물질은 적층 결정 구조를 갖는다. 구조는 MOOH 구조와 매우 연관된다. 이것은 NMC가 물에 침지될 때, 어느 정도의 Li은 양성자와 이온 교환을 거치게 될 것이라는 것을 의미하며, 본 발명자들은 이것을 NMC의 "염기 전위"라고 언급한다. 용해된 Li은 물의 pH를 증가시킨다. NMC 조성, 그의 표면적과 물의 양에 따라, 이온 교환은 평형을 유지하게 되고 결과적으로 pH 값을 상승시킬 것이다.The cathode of interest is a Ni-Mn-Co or NMC based cathode material. These general compositions are Li [Li x M 1 -x ] O 2 wherein M is Ni 1 -a b Mn a Co b . The present inventors will refer to the lithium oxide composition as "NMC" in the future. M can be doped up to 5 mol% by dopant A and dopant A can be doped with Mg, Al, Ti, Zr, Ca, Ce, Cr, W, Si, Fe, Nb, And &lt; RTI ID = 0.0 &gt; B, &lt; / RTI &gt; A known example is a "111" compound with a = b = 0.33 resulting in a = 0.30, b = 0.20 resulting in a "532" compound or a = b = 0.20 resulting in a "622" compound. These materials have a laminated crystal structure. The structure is highly related to the MOOH structure. This means that when NMC is immersed in water, some Li will undergo ion exchange with the proton and we refer to it as the "base potential" of NMC. The dissolved Li increases the pH of the water. Depending on the composition of the NMC, its surface area and the amount of water, the ion exchange will maintain equilibrium and consequently raise the pH value.

실제로, in reality,

- NMC:물의 비율이 높을수록, - NMC: The higher the percentage of water,

- 캐소드 활물질의 Li:M 비율이 높을수롤- Li: M ratio of cathode active material may be high.

- 캐소드 활물질의 Ni:Mn 비율이 높을수록, 그리고 - the higher the Ni: Mn ratio of the cathode active material, and

- 이온 교환에 이용 가능한 표면적이 클수록, The larger the surface area available for ion exchange,

캐소드의 염기 전위 및 수성 슬러리의 최종 pH가 더 높아질 것이다. 캐소드 대 물의 비율이 매우 높아서, 결과적으로 슬러리 내 소량의 물의 pH가 매우 높아지기 때문에 수성 슬리리 제조는 상당히 어려울 수 있다.The base potential of the cathode and the final pH of the aqueous slurry will be higher. The aqueous slurry preparation can be quite difficult because the ratio of cathode to water is very high and consequently the pH of the small amount of water in the slurry becomes very high.

본 발명은 상기 측면에서 예상되는 두 가지 주요 문제를 다룬다. The present invention addresses two major problems that are anticipated from this aspect.

1) 양성자와 Li의 이온 교환은 캐소드 물질에 손상을 주고, 1) Ion exchange of protons and Li causes damage to the cathode material,

2) 슬러리의 높은 pH는 코팅 과정에서 문제를 일으킨다.2) The high pH of the slurry causes problems in the coating process.

수성 코팅 과정에서, 캐소드 물질은 물에 노출된다. 물은 캐소드 제품의 표면에 손상을 줄 수 있다. 사이클 안정성 및 저장 후 회복되는 용량을 모니터함으로써 측정되는 방치 수명(calendar live)은 중요한 표면 특성이 된다. 그러므로 수성 코팅은 불량한 사이클 안정성뿐만 아니라 저조한 방치 수명을 일으킬 수 있다. 사이클 안정성 및 방치 수명을 악화시키지 않는 수성 코팅 기술의 개발이 본 발명에 의해 달성된다.In the aqueous coating process, the cathode material is exposed to water. Water can damage the surface of the cathode product. By monitoring cyclic stability and capacity recovered after storage, the measured calendar life is an important surface property. Thus, aqueous coatings can cause poor cycle stability as well as poor shelf life. The development of an aqueous coating technique that does not deteriorate cycle stability and shelf life is achieved by the present invention.

알루미늄 박은 캐소드용 집전체로서 거의 독점적으로 사용된다. 알루미늄은 높은 Li 전압에서 부식에 대한 높은 안정성과 우수한 역학적 특성, 경량 및 고도전율을 겸비한다. 불행하게도, Al 박은 높은 pH의 알칼리 용액에 의한 부식에 내성을 갖지 못한다. 수성 기재의 NMC 슬러리는, 특히 NMC 내 Ni:Mn 비율이 높은 경우, 비교적 농축된 알칼리 LiOH 용액이 된다. 코팅과 건조 사이의 몇 분 동안에도, 수성 슬러리는 알루미늄 집전체 박을 심하게 부식시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 3가지 방법은 (a) 알루미늄의 부식 내성을 증가시키는 것, (b) 슬러리에 산을 첨가하여 알칼리 용액을 중화시켜 부식성을 낮추는 것, 및 (c) 캐소드 물질의 염기 전위를 감소시키는 것이다. 해결 방법 (a)는 공업용 품질의 알루미늄의 이용으로 제한받는다.The aluminum foil is used almost exclusively as a collector for a cathode. Aluminum combines high stability against corrosion with excellent mechanical properties, light weight and high conductivity at high Li voltage. Unfortunately, Al foil is not resistant to corrosion by high pH alkaline solutions. The aqueous based NMC slurry becomes a relatively concentrated alkali LiOH solution, especially when the Ni: Mn ratio in the NMC is high. Even for a few minutes between coating and drying, the aqueous slurry can severely corrode aluminum foil foil. Three methods for solving this problem are (a) increasing the corrosion resistance of aluminum, (b) neutralizing the alkali solution by adding acid to the slurry to lower its corrosiveness, and (c) . Solution (a) is limited to the use of industrial grade aluminum.

해결 방법 (b)는 산 첨가를 통해 수성 슬러리의 pH 감소에 중점을 둔다. 이 방법에서, 슬러리는 코팅될 수 있고 알루미늄 박은 부식되지 않는다. 그러나 산을 첨가한 후에, 슬러리는 정상 상태에 도달하지 못하고, pH가 회복될 것이고, 그 값이 다시 상승하기 시작할 것이다. 이러한 "pH 회복"은 NMC에 통상적이며 NMC의 염기 전위가 더 높은 경우, 예를 들어 더 높은 Ni:Mn NMC의 경우, 더 강해질 것이다. LiCoO2, LiMn2O4 기재 스피넬(spinel) 및 올리빈(olivine) LiFePO4와 같은 다른 캐소드 물질은 염기 전위가 더 낮거나 pH 회복에 대한 경향이 더 낮다. pH 회복의 위험은 슬러리가 즉시 코팅되어야 할 필요성을 가져온다. 이것은 코팅 공정이 대개 수 시간 지속되는 대량 생산 조건하에서 인지하기는 매우 어렵다. 이런 시간 동안, 점도, 분산 정도 등과 같은 중요한 특성은 안정되어야 한다. 그러나 pH가 변화한다면 중요한 특성(pH에 의존하는)이 변화하고 코팅 공정은 불안정해진다. 코팅 과정 중에 pH, 점도 등의 변화와 같은 어떤 불안정성은 심각한 문제가 될 것이다. NMC 캐소드 물질이 더 높은 염기 전위를 갖는다면, 더 많은 산이 첨가되어야 하고 pH 회복은 더 심각해질 것이며, 훨씬 더 심각한 슬러리 문제를 일으킬 것이다. 그러므로 본 발명은 슬러리에 적용될 때 pH 회복에 대한 경향이 더 낮고, 수안정성이 향상된 NMC 캐소드 물질을 제공한다.The solution (b) focuses on the pH reduction of the aqueous slurry through acid addition. In this way, the slurry can be coated and the aluminum foil is not corroded. However, after adding the acid, the slurry will not reach steady state, the pH will recover and its value will begin to rise again. This "pH recovery" is typical for NMC and will be stronger when the base potential of NMC is higher, for example in the case of higher Ni: Mn NMC. Other cathode materials such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 based spinel and olivine LiFePO 4 have lower base potentials and a lower tendency towards pH recovery. The risk of pH recovery necessitates that the slurry be coated immediately. This is very difficult to recognize under mass production conditions where the coating process lasts for several hours. During this time, important properties such as viscosity, degree of dispersion and the like must be stabilized. However, if the pH changes, important properties (depending on the pH) change and the coating process becomes unstable. Any instability such as changes in pH, viscosity, etc. during the coating process will be a serious problem. If the NMC cathode material has a higher base potential, more acid should be added and the pH recovery will become more severe and cause even more severe slurry problems. The present invention therefore provides an NMC cathode material with a lower tendency towards pH recovery when applied to slurries and improved water stability.

해결 방법 (c)와 관련하여, 상이한 NMC 물질이 이용 가능하다. NMC 삼각관계(LiNiO2 - LiCoO2 - LiNi1 /2Mn1 /2O2) 내에 3가지 주요 영역이 관심의 대상이 된다. With respect to solution (c), different NMC materials are available. NMC triangle with three main areas within the (LiNiO 2 - - LiCoO 2 LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2) is of interest.

1 : LiCoO2: "LCO"는 매우 낮은 염기 전위 및 산 첨가 후 작은 pH 회복을 갖는 방식으로 제조될 수 있다. 그러므로 LiCoO2는 원칙적으로 수성 코팅용 캐소드 물질로서 적합하며, 염기 전위의 감소가 필요하지 않다. 그러나 LCO는 심각한 결점을 갖는 것으로 알려져 있다. 주요 결점은 비교적 고비용의 코발트 금속과 연관된 Co 공급원의 상대적인 희귀성이다. 더욱 나쁜 것은, 역사적으로 코발트 가격이 심한 변동을 보이고, 이러한 변동이 아마도 LiCoO2의 대체물을 모색할 필요성을 증가시켰다. LCO는 이러한 이유 및 다른 이유 때문에 자동차 용도에 사용하기에 바람직한 물질이 아니다.1: LiCoO 2 : "LCO" can be prepared in a manner having very low base potential and small pH recovery after acid addition. Therefore, LiCoO 2 is in principle suitable as a cathode material for aqueous coatings and does not require a reduction in base potential. However, LCO is known to have serious drawbacks. The main drawback is the relative rarity of the Co source relative to the relatively expensive cobalt metal. Even worse, historically, cobalt prices have shown significant fluctuations, and this variation has probably increased the need to find alternatives to LiCoO 2 . LCO is not a desirable material for use in automotive applications for these and other reasons.

2: Ni:Mn≤1인 NMC: Ni:Mn이 거의 일치하는 물질은 견고하며, 비교적 수안정성을 가지며 비교적 낮은 염기 전위를 갖는다. 이러한 캐소드 물질의 예는 442 또는 111 NMC(M=Ni0 .4Mn0 .4Co0 .2 또는 M=Ni0 .33Mn0 .33Co0 .33인 Li[Li0 .05M0 .95]O2)이다. 이들은 원칙적으로 수성 코팅에 적합하며 본 발명에 따른 염기 전위를 감소시키기 위한 표면 처리는 도움이 될 것이지만 덜 요구된다. 2: Ni: Mn: Mn = 1: NMC: Ni: Mn Almost identical materials are solid, relatively water-stable and have a relatively low base potential. An example of such a cathode material 442 or the NMC 111 (M = Ni Mn 0 .4 0 .4 0 .2 Co or M = Ni 0 .33 Mn 0 .33 Co 0 .33 of Li [Li 0 .05 M 0. 95 ] O 2 ). They are in principle suitable for aqueous coatings and surface treatment to reduce the base potential according to the invention would be helpful but less required.

3: 높은 Ni:Mn>1인 NMC: NMC에서 Ni:Mn 비율이 증가하면서, 캐소드 용량은 증가하고, 더 적은 코발트 첨가가 요구된다. 그러므로 532 또는 622(M=Ni0.5Mn0.3Co0.2 또는 Ni0 .6Mn0 .2Co0 .2인 LiMO2, 이들은 도프될 수 있음)와 같은 캐소드 물질은 고용량과 비교적 낮은 원료 가격을 겸비한다. 이들은 최종 배터리 용량의 Ah(암페어 시(Ampere hour)) 당 저렴한 비용을 보증한다. 이런 이유로 상기 장점이 자동차 용도에 사용될 수 있다면 매우 유익하게 된다. 그러나 Ni:Mn은 염기 전위를 극적으로 증가시키기 때문에, 높은 Ni NMC 캐소드 물질을 수성 전극 코팅에 적용하는 것은 언뜻 보기에도 매우 어려울 것이다. 이 문제를 본 발명에 의해 해결하였다. 3: NMC with high Ni: Mn> 1: As the Ni: Mn ratio in NMC increases, the cathode capacity increases and less cobalt addition is required. Therefore, 532 or 622, the cathode materials such as (M = Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 or Ni 0 .6 Mn 0 .2 Co 0 .2 of LiMO 2, which may be doped) are combined with a relatively low material cost and high capacity . They guarantee a low cost per Ah of the final battery capacity (Ampere hour). For this reason it would be very beneficial if the above advantages could be used for automotive applications. However, since Ni: Mn dramatically increases the base potential, applying a high Ni NMC cathode material to an aqueous electrode coating would be very difficult at first glance. This problem is solved by the present invention.

자동차 산업에서 특히 관심 받는 것은 1<Ni:Mn<4, 보다 구체적으로 1.2<Ni:Mn≤2인 532와 같은 "중상(intermediate and high)의" NMC를 갖는 NMC 캐소드 물질이다. 이러한 캐소드 물질은 Ah 당 낮은 비용의 용량으로 인해 현재 저렴한 배터리에 사용된다. 가격 경쟁이 매우 심해서 수성 코팅 공정을 적용한 비용 절감은 저렴한 용도에도 중요하게 된다. 동시에, 슬러리 내에 필요한 염기 함량의 감소가 제한되고, 약간의 염기 함량의 감소 및 수안정성의 향상은 성공적인 수성 코팅을 가능하게 하기에 충분할 수 있기 때문에 532와 같은 중상의 NMC 캐소드는 수성 코팅에 전망이 있다. 이러한 물질에, 본 발명이 특히 흥미롭다.Of particular interest in the automotive industry is NMC cathode materials with "intermediate and high" NMCs such as 532 with 1 <Ni: Mn <4, more specifically 1.2 <Ni: Mn? These cathode materials are currently used in inexpensive batteries due to their low cost capacity per Ah. Cost competition is so severe that cost reduction using an aqueous coating process is also important for inexpensive applications. At the same time, a heavy phase NMC cathode, such as 532, has a prospect of aqueous coating because the reduction in base content needed in the slurry is limited, and a slight reduction in base content and an improvement in water stability may be sufficient to enable successful aqueous coatings have. For these materials, the present invention is particularly interesting.

본 발명의 또 다른 측면은 슬러리 분산의 안정성이다. 공업용 코팅 작업은 슬러리가 코팅 과정에서 계속 고르게 분산되어 있기를 요구한다. 용매 중에 캐소드 분말 및 통상의 탄소 첨가제를 포함한 고체 구성요소의 표면 전하에 따라, 분산은 안정할 수 있거나 응집하는 경향을 가질 수 있다. 대개 pH 영역은 분산이 안정한 곳에 존재하지만, pH가 변화하는 경우 슬러리는 불안정해질 수 있다. 안정된 슬러리를 달성하기 위하여, 캐소드 분말의 염기 전위를 제한하는 것이 바람직하다. 본 발명은 물과 더 적게 상호작용하는 NMC 캐소드를 제공하여 분산을 안정시키고 응집을 피하는 방법으로 슬러리의 pH를 더 자유롭게 조정한다.Another aspect of the invention is the stability of the slurry dispersion. Industrial coating operations require that the slurry be evenly dispersed throughout the coating process. Depending on the surface charge of the solid component including the cathode powder and conventional carbon additive in the solvent, the dispersion may be stable or have a tendency to agglomerate. Usually, the pH region is in a stable dispersion, but the slurry may become unstable when the pH changes. In order to achieve a stable slurry, it is desirable to limit the base potential of the cathode powder. The present invention provides a NMC cathode that interacts less with water to more freely adjust the pH of the slurry in a manner that stabilizes dispersion and avoids agglomeration.

종래의 유기 NMP/PVDF 기재 코팅을 적용할 때 전극 활물질은 PVDF 결합제에 의해 부분적으로 코팅될 수 있었다. 배터리에서 PVDF 코팅은 전해질에서 팽윤됨에 따라 Li 이온에 대해 전도성을 가지게 될 것이다. 유사하게, 수성 코팅 후, CMC 증점제를 사용할 때, 건조 후 전기 활성의 캐소드 물질은 CMC에 의해 부분적으로 또는 완전히 코팅될 수 있다. 그러나 PVDF와는 반대로, CMC는 전해질 내에서 팽윤하지 않고 낮은 Li 이온 전도성을 가진 표면층을 생성하는 경향이 있다. 이 층은 DCR 저항의 증가를 유발한다. 본 발명은 주요 주제로서 결과적으로 낮은 DCR 저항을 가져오는 수성 코팅 기술을 개발하고 배터리 작동 과정에서 DCR의 증가를 감소시키는 것을 다룬다. 본 발명은 전해질 내에서 팽윤할 수 있는 중합체 표면의 존재가 DC 저항을 감소시킬 수 있는 추가적인 확산 경로를 생성한다는 것을 교시한다. When applying conventional organic NMP / PVDF based coatings, the electrode active material could be partially coated with a PVDF binder. The PVDF coating in the battery will become conductive to Li ions as it swells in the electrolyte. Similarly, after the aqueous coating, when using a CMC thickener, the electroactive cathode material after drying may be partially or fully coated with CMC. However, contrary to PVDF, CMC does not swell in the electrolyte and tends to produce a surface layer with low Li ion conductivity. This layer causes an increase in DCR resistance. The present invention addresses the development of aqueous coating techniques that result in low DCR resistance as a major theme and reduces the increase in DCR during battery operation. The present invention teaches that the presence of a polymeric surface that is capable of swelling in the electrolyte creates an additional diffusion path that can reduce DC resistance.

또한, NMP/PVDF 기재 코팅을 적용할 때 캐소드 입자는 약간의 탄성을 허용하는 유연한 중합체에 의해 결합 된다. 수성 코팅의 경우, 탄성은 고무 입자(애노드의 경우 SBR)를 첨가하여 제공된다. 본 발명의 캐소드의 경우 플루오르화 아크릴 라텍스(FAP: fluorinated acrylic latex(FAP)) 고무가 사용된다. 예비 데이터는 캐소드 상태(높은 Li 전압하에)의 안정성이 증가하는데도 안정성이 남용 조건하에서 극복하기에 충분하지 않다는 것을 밝힌다. 더 탄성적인 캐소드 물질의 개발은 라텍스의 필요량을 낮추는 것을 가능하게 하여, 팽윤이 감소된다.In addition, when applying an NMP / PVDF based coating, the cathode particles are bonded by a flexible polymer that allows some elasticity. For aqueous coatings, the elasticity is provided by the addition of rubber particles (SBR for the anode). In the case of the cathode of the present invention, fluorinated acrylic latex (FAP) rubber is used. The preliminary data reveal that stability is not sufficient to overcome under abuse conditions, even though the stability of the cathode state (under high Li voltage) increases. The development of a more elastic cathode material makes it possible to lower the required amount of latex, thus reducing the swelling.

앞에서 언급되었듯이, 알루미늄 부식을 피하고 슬러리 안정성을 향상시키기 위하여, 모순으로 보이는, 고용량을 가지나 낮은 염기 함량을 가진 캐소드 물질이 요구된다. 소수성 표면을 가짐으로써 더 높은 수안정성이 보증된다. 본 발명에서 제공되는 탄성의 중합체 표면 막은 더 우수한 전극의 역학적 특성을 보증하며, 특히 취성의 감소가 기대된다. 표면 막이 전해질에서 팽윤한다면, 본 발명자들은 더 높은 율속 특성과 더 낮은 DCR 내성을 기대할 수 있다.As mentioned earlier, in order to avoid aluminum corrosion and improve slurry stability, there is a need for a cathode material having a high capacity but low base content, which appears to be a contradiction. By having a hydrophobic surface, higher water stability is assured. The elastic polymer surface membrane provided in the present invention ensures the mechanical properties of a more excellent electrode, Reduction in brittleness is expected. If the surface film swells in the electrolyte, the present inventors can expect higher rate characteristics and lower DCR resistance.

실험의 상세한 내용Details of the experiment

1) 코팅 1) Coating

유기 NMP 기재 코팅 공정은 실시예 1에 기재된다. 수성 코팅 공정은 실시예 2에 기재된다. The organic NMP substrate coating process is described in Example 1. The aqueous coating process is described in Example 2.

2) 완전 전지 조립 2) Full cell assembly

완전 전지 시험 목적으로, 제조된 양극(캐소드)을 통상적인 흑연형 탄소인 음극(애노드), 및 다공성 전기 절연막(분리막)과 조립한다. 전체 전지는 다음 주요 단계 (a) 전극 절단(slitting) (b) 전극 건조 (c) 젤리롤 권취(winding) (d) 포장에 의해 제조된다. For the purpose of a full battery test, the prepared anode (cathode) is assembled with a cathode (anode), which is a typical graphitic carbon, and a porous electrically insulating film (separator). The whole cell is manufactured by packaging the following major steps: (a) electrode slitting (b) electrode drying (c) jellyroll winding (d) packaging.

(a) 전극 절단 : NMP 또는 수성 코팅 후에 전극 활물질은 슬리팅기(slitting machine)로 절단될 수 있다. 전극의 너비와 길이는 배터리 용도에 따라 결정된다. (a) Electrode cutting: After NMP or aqueous coating, the electrode active material can be cut with a slitting machine. The width and length of the electrodes depend on the battery application.

(b) 탭(tap) 부착: 탭에는 두 종류가 있다. 알루미늄 탭은 양극(캐소드)에 부착되고, 구리 탭은 음극(애노드)에 부착된다. (b) With tap: There are two types of tabs. The aluminum tab is attached to the anode (cathode), and the copper tab is attached to the cathode (anode).

(c) 전극 건조: 제조된 양극(캐소드) 및 음극(애노드)은 진공 오븐에서 85℃ 내지 120℃에서 8시간 동안 건조된다.(c) Electrode drying: The prepared positive electrode (cathode) and negative electrode (anode) were dried in a vacuum oven at 85 ° C to 120 ° C for 8 hours.

(d) 젤리롤 권취: 전극을 건조시킨 후 젤리롤은 권취기(winding machine)를 이용하여 제조된다. 젤리롤은 적어도 음극(애노드), 다공성 전기 절연막(분리막) 및 양극(캐소드)로 이루어진다. (d) Jelly roll winding: After drying the electrode, the jelly roll is manufactured using a winding machine. The jelly roll comprises at least a cathode (anode), a porous electrically insulating film (separator) and a cathode (cathode).

(e) 포장: 제조된 젤리롤은 알루미늄 라미네이트 막 포장으로 800 mAh 전지 안에 포함되고, 결과적으로 파우치 전지가 된다. 게다가, 젤리롤은 전해질에 함침된다. 전해질 양은 양극 및 음극의 다공성 및 크기, 및 다공성 분리막에 따라 계산된다. 최종적으로, 포장된 완전 전지는 밀봉기에 의해 밀봉된다.(e) Packing: The jelly rolls produced are contained in an aluminum laminate membrane package in an 800 mAh cell, resulting in a pouch battery. In addition, jelly rolls are impregnated with electrolytes. The amount of electrolyte is calculated according to the porosity and size of the anode and cathode, and the porous separator. Finally, the packed complete battery is sealed by a sealer.

3) 완전 전지의 평가 3) Evaluation of complete battery

다수의 다양한 완전 전지의 평가 시험이 가능하다. 본 발명은 (a) 사이클 안정성, (b) 용량 및 율속 특성, (c) 팽윤, (d) 저장 시험 및 (e) DCR 저항 시험에 대한 결과를 보여준다. It is possible to carry out the evaluation test of a number of various complete batteries. The present invention shows the results for (a) cycle stability, (b) capacity and rate characteristics, (c) swelling, (d) storage test and (e) DCR resistance test.

(a) 사이클 안정성: 전지는 수백 사이클 동안 완전히 충전되고 방전된다. 사이클링 시험은 25℃에서 또는 원하지 않는 부반응을 가속화하는 상승된 온도(예를 들어 45℃)에서 수행되며, 따라서 용량의 더 빠른 손실을 가져오게 한다. 수성 코팅의 경우, 본 발명자들은 물에 노출되면 캐소드가 손상될 수 있다는 것을 예상할 수 있었다. 손상된 캐소드는 상승된 온도에서 사이클 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있었다.(a) Cycle stability: The battery is fully charged and discharged for several hundred cycles. The cycling test is carried out at 25 DEG C or at an elevated temperature (e.g., 45 DEG C) which accelerates undesired side reactions, thus leading to a faster loss of capacity. In the case of an aqueous coating, the present inventors could expect that exposure to water could damage the cathode. Damaged cathodes could negatively impact cycle stability at elevated temperatures.

(b) 용량 및 율속 특성: 용량은 4.3V 내지 2.7V에서 0.1C 레이트(C rate)의 속도에서 측정된 방전 용량이다. 율속 특성은 0.2C 레이트의 퍼센트로서 나타낸 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 및 4.0C 레이트에서 방전 용량이다. 0.2C는 5시간 내에 충전된 전지를 방전하는 전류에 해당한다. 1C는 예를 들어 0.2C 전류보다 5배 더 큰 전류이다.(b) Capacity and rate-limiting characteristics: Capacitance is a discharge capacity measured at a rate of 0.1 C rate (C rate) at 4.3 V to 2.7 V. The rate-limiting characteristic is the discharge capacity at 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, and 4.0 C rates expressed as a percentage of 0.2 C rate. 0.2C corresponds to the electric current discharging the charged battery within 5 hours. Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 0.2C &lt; / RTI &gt; current.

(c) 팽윤: 파우치 전지를 완전히 충전하여 90℃로 가열된 오븐에 삽입하여 동일 온도에서 수 시간 둔다. 90℃에서 충전된 캐소드는 전해질과 반응하고 기체를 생성한다. 발생된 기체는 팽윤을 생성한다. 실시예에서, 본 발명자들은 고온 노출 4시간 후에 측정된 두께의 증가(=팽윤)에 대한 값을 보고한다. 팽윤은 많은 적용 분야에 해당하는 문제가 되며, 게다가, 저자들은 팽윤이 코팅 과정에서 물에 노출로 인한 최종적인 표면 손상을 검출하는 매우 민감한 방법이라고 생각한다.(c) Swelling: The pouch battery is fully charged and inserted into an oven heated to 90 ° C and kept at the same temperature for several hours. The cathode charged at 90 캜 reacts with the electrolyte and generates gas. The generated gas produces swelling. In the Examples, the inventors report values for an increase in thickness (= swell) measured after 4 hours of high temperature exposure. Swelling is a problem for many applications and besides, the authors think that swelling is a very sensitive way to detect the ultimate surface damage from exposure to water in the coating process.

(d) 저장 시험, 즉 잔여 및 회복 용량: 전지를 완전히 충전하여 60℃에서 1개월간 저장한다. 1개월 후 전지를 60℃ 챔버로부터 꺼내어 25℃에서 시험한다. 전지를 방전시키고, 방전 과정에서 잔여 용량을 측정한다. 재충전 후, 전지를 방전시키고 회복 용량을 얻는다. 이 용량을 확인한 후 60℃에서 추가 1개월간 계속 저장하고 잔여 및 회복 용량을 다시 측정한 후, 전지를 다시 1개월간 저장하고, 다시 측정한다. 많은 용도에 관련성에 추가적으로, 저장 실험은 또한 수성 코팅 과정에서 캐소드의 손상을 평가하는 매우 민감한 수단이다.(d) Storage test, ie, residual and recovery capacity: The battery is fully charged and stored at 60 ° C for 1 month. After one month, remove the battery from the 60 ° C chamber and test at 25 ° C. The battery is discharged, and the remaining capacity is measured in the discharging process. After recharging, the battery is discharged and recovery capacity is obtained. After this capacity is confirmed, the battery is stored at 60 ° C for a further 1 month, and the residual capacity and recovery capacity are measured again. The battery is stored again for one month, and the battery is measured again. In addition to its relevance to many applications, storage experiments are also a very sensitive means of assessing the damage of the cathode in the aqueous coating process.

(e) 저장 시험과 연결된 DCR 저항 시험: 60℃에서 1, 2, 및 3개월간 저장한 후 용량 측정에 추가적으로 전지의 DCR 저항을 측정한다.(e) DCR resistance test connected with the storage test: After storing for 1, 2, and 3 months at 60 ° C, measure the DCR resistance of the battery in addition to the capacity measurement.

DCR 저항은 전류 펄스에 대한 전압 반응으로부터 얻으며, 사용되는 절차는 USABC(United States Advanced Battery Consortium LLC) 기준에 따른다. DCR 저항은 데이터가 배터리 수명을 진단하기 위해 미래의 페이드 속도를 추정하는데 사용될 수 있기 때문에 응용하기에 매우 적절하며, 게다가 DCR 저항은 전해질과 애노드 또는 캐소드 사이의 반응의 반응 산물이 낮은 도전성 표면층으로서 침전되기 때문에 전극에 대한 손상을 검출하는 데 매우 민감하다.The DCR resistance is derived from the voltage response to the current pulse, and the procedure used is in accordance with the United States Advanced Battery Consortium LLC (USABC) standard. The DCR resistance is very suitable for application because the data can be used to estimate future fade rates to diagnose battery life, and the DCR resistance is further enhanced by the fact that the reaction product of the reaction between the electrolyte and the anode or cathode is a low conductive surface layer, Which is very sensitive to detecting damage to the electrode.

모든 실험에서, 이른바 NMC532(Li1.03M0.97O2 중 금속 조성 M=Ni0.5Mn0.3Co0.2인 NMC)를 캐소드 물질로 사용하였다. NMC532는 비교적 저렴한 캐소드 물질로, 중상의 염기 함량을 가진다. NMC532는 0.1C 레이트에서 시험될 때 4.3V에서 약 170 mAh/g의 비교적 높은 용량을 갖는다. Ni 함량이 더 낮은 NMC는 대개 염기 함량이 더 낮고, 따라서 수성 코팅이 훨씬 용이하게 된다. 그러나 더 낮은 염기 함량을 포함하는 캐소드 물질(NMC111과 같이)은 가역 용량도 낮아지는 경향이 있다. 그러므로 NMC532는 낮은 금속 비용, 수성 공정에 의한 코팅 가능성 및 허용할 수 있는 정도의 높은 용량으로 좋은 절충안이 된다. 본 발명은 하기 실시예에서 설명될 것이다.In all experiments, so-called NMC532 (NMC with a metal composition M = Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 in Li 1.03 M 0.97 O 2 ) was used as the cathode material. NMC532 is a relatively inexpensive cathode material, with a heavy base content. NMC532 has a relatively high capacity of about 170 mAh / g at 4.3 V when tested at 0.1 C rate. NMCs with lower Ni content are usually lower in base content, thus making aqueous coatings much easier. However, the cathode material (such as NMC111) containing a lower base content tends to also have a reversible capacity. Therefore, NMC532 is a good compromise with low metal cost, coating possibilities by aqueous process and high capacity to allow. The present invention will be illustrated in the following examples.

실시예 1 Example 1

실시예 1은 보통의 NMP 기재 코팅에 비해 수성 코팅이 결과적으로 얼마나 많은 변화를 가져오는지를 증명한다. 수성 코팅 공정에서 사용되는 상이한 단계 및 화학 물질의 영향(예를 들어, CMC 결합제의 영향 또는 물에 노출 효과)을 보여준다. 이것은 상이한 캐소드 물질을 제조하여 실시하며, 상기 캐소드 물질 모두는 대량 생산 NMC532 분말인 동일한 형태의 전구물질로부터 유래된다. 그리고 나서, 캐소드 물질을 통상의 유기 NMP 기재 코팅 공정을 이용하여 코팅하고 전체 파우치 전지를 조립한다. 화학물질의 선택, 화학물질의 첨가량 및 공정 조건은 통상의 수성 코팅을 모의하도록 선택한다. 표 1.1은 실험 설계를 나타낸다.Example 1 demonstrates how much the aqueous coating results in a change compared to a conventional NMP based coating. The different steps used in the aqueous coating process and the effect of the chemical (e.g., the effect of the CMC binder or the effect of exposure to water). This is done by manufacturing different cathode materials, all from the same type of precursor, which is a mass produced NMC532 powder. The cathode material is then coated using a conventional organic NMP substrate coating process and the entire pouch cell is assembled. The choice of chemicals, the amount of chemicals added and the process conditions are chosen to simulate a conventional aqueous coating. Table 1.1 shows the experimental design.

<표 1.1><Table 1.1>

수성 결합제 구성요소로 코팅된 NMC532의 샘플 목록Sample list of NMC532 coated with aqueous binder component

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Figure pct00001

NMC532 샘플의 제조Preparation of NMC532 Samples

1A) 기준 NMC532의 제조 1A) Manufacturing of NMC532

기준 NMC532를 유미코어(Umicore)(Korea)의 대량 생산(MP: mass production) 라인에서 다음 단계에 의해 제조하였다. (a) 리튬 및 니켈-망간-코발트 전구물질의 혼합 (b) 산화 분위기에서 합성 및 (c) 밀링(Milling). 각 단계에 대하여 상세한 설명은 다음과 같다. Standard NMC532 was prepared by the following steps in a mass production line of Umicore (Korea). (a) mixing of lithium and nickel-manganese-cobalt precursors; (b) synthesis in an oxidizing atmosphere; and (c) milling. Details of each step are as follows.

단계 (a): 건조 분말 혼합 공정을 이용한 리튬 및 니켈-망간-코발트 전구물질의 혼합. 전구물질을 용기에 넣는다. 탄산리튬 및 혼합된 Ni-Mn-Co 옥시 수산화물을 리튬 및 Ni-Mn-Co 전구물질로 사용한다. 전구물질을 건조 분말 혼합 공정에 의해 수직의 단일 샤프트 믹서로 혼합한다. Step (a): Mixing lithium and nickel-manganese-cobalt precursors using a dry powder mixing process. Put the precursor into the container. Lithium carbonate and mixed Ni-Mn-Co oxyhydroxide are used as lithium and Ni-Mn-Co precursors. The precursors are mixed in a vertical single shaft mixer by a dry powder mixing process.

단계 (b): 산화 분위기에서 소결. 단계 (a)로부터 얻은 분말 혼합물을 산화 분위기의 터널 로에서 소결한다. 소결 온도는 >900℃이고 체류시간은 ~10시간이다. 건조 공기를 산화 기체로 사용한다.Step (b): sintering in an oxidizing atmosphere. The powder mixture obtained from step (a) is sintered in a tunnel of an oxidizing atmosphere. The sintering temperature is > 900 DEG C and the residence time is ~ 10 hours. Dry air is used as the oxidizing gas.

단계 (c): 소결 후, 최종적으로 샘플을 분쇄기에서 밀링한다.Step (c): After sintering, the sample is finally milled in a mill.

1B) 물에 노출된 NMC532의 제조 1B) Preparation of NMC532 exposed to water

실시예 1B를 제조하여 물에 노출에 대한 영향을 조사한다. 물에 노출은 수성 코팅 공정에서 건조가 뒤따르는 슬러리 제조와 유사하다. 물에 노출에 사용되는 분말은 동일한 MP 등급이며 샘플 1A와 사실상 동일하다.Example 1B is prepared and the effect on exposure to water is investigated. Exposure to water is similar to slurry preparation followed by drying in an aqueous coating process. The powder used for exposure to water is of the same MP grade and is virtually identical to Sample 1A.

실시예 1B는 다음 주요 단계에 의해 제조된다. (a) MP 분말 샘플을 물에 침지 및 (b) 건조. Example IB is prepared by the following main steps. (a) immersing the MP powder sample in water and (b) drying.

각 단계의 상세한 설명은 다음과 같다.A detailed description of each step is as follows.

단계 (a): 1.3 kg의 MP NMC532 샘플 및 390 ml H2O를 비이커에 첨가한다. 혼합물을 오버헤드(overhead) 교반기를 이용하여 200rpm에서 1시간 동안 교반한다.Step (a): 1.3 kg of MP NMC532 sample and 390 ml of H 2 O are added to the beaker. The mixture is stirred for 1 hour at 200 rpm using an overhead stirrer.

단계 (b): 건조: 슬러리 형태의 리튬 니켈-망간-코발트 산화물과 물의 혼합물을 컨벡션 오븐에서 150℃에서 15시간 동안 건조한다.Step (b): Drying: A mixture of lithium nickel-manganese-cobalt oxide and water in slurry form is dried in a convection oven at 150 占 폚 for 15 hours.

1C) 물에 노출되고 FAP가 첨가된 NMC532의 제조1C) Preparation of NMC532 exposed to water and FAP added

실시예 1C를 제조하여 FAP 결합제의 첨가와 함께 물에 노출의 영향을 조사한다. 노출은 수성 코팅 공정의 건조가 뒤따르는 슬러리 제조와 연관된다. 사용된 분말은 동일한 MP 등급이고 사실상 샘플 1A와 동일하다.Example 1C is prepared to investigate the effect of exposure to water with addition of a FAP binder. Exposure is associated with slurry preparation followed by drying of the aqueous coating process. The powders used are of the same MP grade and in effect identical to Sample 1A.

실시예 1C를 다음 주요 단계에 의해 제조한다. (a) 수성 결합제 구성요소(1%) 및 물과 NMC532(99%)의 습식 혼합 (b) 건조 및 (c) 분쇄. Example 1C is prepared by the following main steps. (a) wet mixing of the aqueous binder component (1%) and water with NMC532 (99%); (b) drying and (c) grinding.

각 단계의 상세한 설명은 다음과 같다. A detailed description of each step is as follows.

단계 (a): 2 kg의 NMC532 샘플을 물(600 ml)과 혼합하고 40.4g의 50 wt% FAP 결합제 수분산액을 첨가한다. 혼합물을 오버헤드 교반기를 이용하여 600 rpm에서 1시간 동안 교반한다. Step (a): 2 kg of NMC532 sample is mixed with water (600 ml) and 40.4 g of a 50 wt% FAP binder aqueous dispersion is added. The mixture is stirred for 1 hour at 600 rpm using an overhead stirrer.

단계 (b): 건조: 슬러리를 컨벡션 오븐에서 150℃에서 20시간 동안 건조한다.Step (b): Drying: The slurry is dried in a convection oven at 150 DEG C for 20 hours.

단계 (c): 건조 후, 최종적으로, 샘플을 분쇄기로 분쇄한다.Step (c): After drying, finally, the sample is pulverized by a pulverizer.

1D) 물에 노출되고 CMC가 첨가된 NMC532의 제조1D) Preparation of NMC532 exposed to water and CMC added

실시예 1D를 제조하여 CMC(점도를 변화시키는 결합제)의 첨가와 함께 물에 노출의 영향을 조사한다. 노출은 수성 코팅 공정의 건조가 뒤따르는 슬러리 제조와 관련된다. 사용된 분말은 동일한 MP 등급이고 샘플 1A와 사실상 동일하다. Example 1D is prepared to investigate the effect of exposure to water with the addition of CMC (a binder that changes viscosity). Exposure is associated with slurry preparation followed by drying of the aqueous coating process. The powders used are of the same MP grade and are virtually identical to Sample 1A.

실시예 1D는 다음 주요 단계에 의해 제조된다. (a) CMC(1 wt%) 및 물과 NMC532(99 wt%)의 습식 혼합 (b) 건조 및 (c) 분쇄. Example 1D is prepared by the following main steps. (a) wet mixing of CMC (1 wt%) and water with NMC532 (99 wt%) (b) drying and (c) grinding.

각 단계의 상세한 설명은 다음과 같다. A detailed description of each step is as follows.

단계 (a): 2kg의 NMC532 샘플을 물(100 ml)과 혼합하고 1030g의 2 wt%-CMC 수용액을 첨가한다. 혼합물을 오버헤드 교반기를 이용하여 600 rpm에서 1시간 동안 교반한다.Step (a): 2 kg of NMC532 sample are mixed with water (100 ml) and 1030 g of a 2 wt% aqueous solution of CMC are added. The mixture is stirred for 1 hour at 600 rpm using an overhead stirrer.

단계 (b): 건조: 슬러리를 컨벡션 오븐에서 150℃에서 20시간 동안 건조한다.Step (b): Drying: The slurry is dried in a convection oven at 150 DEG C for 20 hours.

단계 (c): 건조 후, 최종적으로, 샘플을 분쇄기로 분쇄한다.Step (c): After drying, finally, the sample is pulverized by a pulverizer.

1E) 물에 노출되고 결합제 CMC 및 FAP가 첨가된 NMC532의 제조1E) Preparation of NMC532 exposed to water and with binder CMC and FAP added

실시예 1E를 제조하여 결합제 구성요소로 FAP 및 CMC 모두와 함께 물에 노출의 영향을 조사한다. 노출은 수성 코팅 공정의 건조가 뒤따르는 슬러리 제조와 유사하다. 사용된 분말은 동일한 MP 등급이고 샘플 1A와 사실상 동일하다. Example 1E is prepared to investigate the effect of exposure to water with both FAP and CMC as binder components. Exposure is similar to slurry preparation followed by drying of the aqueous coating process. The powders used are of the same MP grade and are virtually identical to Sample 1A.

실시예 1E는 다음 주요 단계에 의해 제조된다. (a) 수성 결합제 구성요소(1+1%) 및 물과 NMC532(98%)의 습식 혼합 (b) 건조 및 (c) 분쇄. Example 1E is prepared by the following main steps. (a) wet mixing of the aqueous binder component (1 + 1%) and water with NMC532 (98%) (b) drying and (c) grinding.

각 단계의 상세한 설명은 다음과 같다. A detailed description of each step is as follows.

단계 (a): 1.3 kg의 NMC532 샘플을 물(50 ml) 및 663g의 1 wt% CMC 수용액 및 26.5g의 50 wt% FAP 수분산액과 혼합한다. 혼합물을 오버헤드 교반기를 이용하여 140 rpm에서 1시간 동안 교반한다. Step (a): 1.3 kg of NMC532 sample is mixed with water (50 ml) and 663 g of 1 wt% CMC aqueous solution and 26.5 g of 50 wt% FAP water dispersion. The mixture is stirred for 1 hour at 140 rpm using an overhead stirrer.

단계 (b): 건조: 슬러리를 컨벡션 오븐에서 150℃에서 20시간 동안 건조한다.Step (b): Drying: The slurry is dried in a convection oven at 150 DEG C for 20 hours.

단계 (c): 건조 후, 최종적으로, 샘플을 분쇄기로 분쇄한다.Step (c): After drying, finally, the sample is pulverized by a pulverizer.

슬러리 제조 및 코팅 Slurry manufacturing and coating

슬러리는 700g의 실시예 1A의 NMC532(실시예 1B-1E의 노출된 샘플)를 NMP, 7.29g의 흑연, 7.29g의 수퍼 P®(팀칼(Timcal)의 도전성 탄소 블랙) 및 145.8g의 NMP 용액 중 10 wt% PVDF 기재 결합제를 혼합하여 제조한다. 혼합물을 자전 공전식 믹서(planetary mixer)에서 2.5시간 동안 혼합한다. 혼합 과정에서, 추가의 NMP를 첨가한다. 혼합물을 분산 믹서에 옮기고 추가의 NMP를 첨가하면서 1.5시간 동안 혼합한다. 사용된 NMP의 통상적인 총량은 230 g이다. 슬러리 내에 최종 고체 함량은 약 70 wt%이다.The slurry was prepared by mixing 700 grams of NMC532 of Example 1A (exposed sample of Example 1B-1E) with NMP, 7.29 grams of graphite, 7.29 grams of SuperP® (conductive carbon black from Timcal) and 145.8 grams of NMP solution Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 10 wt% &lt; / RTI &gt; PVDF substrate binder. The mixture is mixed in a planetary mixer for 2.5 hours. In the mixing process, additional NMP is added. The mixture is transferred to a dispersing mixer and mixed for 1.5 hours with the addition of additional NMP. A typical total amount of NMP used is 230 g. The final solids content in the slurry is about 70 wt%.

슬러리를 코팅 라인으로 옮긴다. 이중 코팅된 전극을 제조한다. Transfer the slurry to the coating line. A double coated electrode is prepared.

전극을 육안으로 조사하고 현미경으로 조사한다. 핀 홀은 전혀 검출되지 않고, 알루미나 부식의 흔적도 검출되지 않는다. 전극 표면은 매끈하다. 전극 로딩은 1.6.1 g/cm2이다. 전극을 롤 프레스로 압축하여 약 3.2 g/cm3의 전극 밀도를 달성한다. 전극을 사용하여 상기에 기재된 파우치 전지형의 완전 전지를 제조한다.The electrodes are irradiated with a naked eye and examined under a microscope. No pinhole is detected at all, and no trace of alumina corrosion is detected. The electrode surface is smooth. The electrode loading is 1.6.1 g / cm &lt; 2 & gt ;. The electrode is pressed with a roll press to achieve an electrode density of about 3.2 g / cm &lt; 3 &gt;. Electrode is used to manufacture a pouch-type full battery as described above.

완전 전지 시험의 결과Result of full battery test

표 1.2 내지 표 1.7은 완전 전지 시험의 상세한 결과를 열거한다. [도 1a] - [도 1f]는 도면에 표의 데이터를 나타낸다. 표 1.2는 25℃에서 시험된 가역 용량 및 율속 성능의 결과를 나타낸다. 가역 용량은 처리된 샘플의 중량에 대한 것이며, 수성 결합제 구성요소의 중량이 포함되고, NMP 기재 코팅으로부터 유래하는 탄소 첨가제 및 PVDF의 중량은 물론 제외된다. [도 1a]는 표 1.2의 결과를 요약한다.Tables 1.2 to 1.7 list the detailed results of the full battery test. [Figure 1a] - [Figure 1f] show data of a table in the figure. Table 1.2 shows the results of the reversible capacity and rate performance tested at 25 ° C. The reversible capacity is based on the weight of the treated sample and includes the weight of the aqueous binder component and excludes the weight of the carbon additive and PVDF from the NMP based coating. Figure 1 A summarizes the results in Table 1.2.

표 1.3은 -20℃ 내지 60℃에서 성능 범위의 온도 특성을 나타낸다. 표에서 데이터는 완전히 충전된 (25℃에서) 전지를 온도 챔버에 침지시키고 온도 평형 후 0.5C 레이트에서 방전 용량을 측정하여 얻은 용량 %로 나타낸다. [도 1b]는 표 1.3의 결과를 요약한다. Table 1.3 shows the temperature characteristics of the performance range at -20 캜 to 60 캜. The data in the table is expressed as a percent capacity obtained by immersing the fully charged battery (at 25 캜) in a temperature chamber and measuring the discharge capacity at 0.5 C after temperature equilibration. Figure 1b summarizes the results in Table 1.3.

표 1.4는 팽윤 시험의 결과를 나타낸다. 완전히 충전된 전지를 90℃에서 예열된 오븐에 넣고 90℃에서 4시간 동안 유지시킨 후, 두께를 측정하여 초기 전지 두께와 비교한다. Table 1.4 shows the results of the swelling test. A fully charged cell is placed in a preheated oven at 90 占 폚, held at 90 占 폚 for 4 hours, and the thickness is measured and compared to the initial cell thickness.

표 1.5는 DCR(DCR=DC 저항)을 나타낸다. DC 저항은 펄스 시험에 대한 USABC 절차에 따라 계산된다. 펄스는 10초 동안 1C 레이트이다. [도 1c] 및 [도 1d]는 표 1.5의 데이터를 요약한다. Table 1.5 shows DCR (DCR = DC resistance). The DC resistance is calculated according to the USABC procedure for pulse testing. The pulse is a 1C rate for 10 seconds. Figures 1C and 1D summarize the data in Table 1.5.

표 1.6 및 표 1.7은 60℃에서 3개월 동안 저장 결과를 나타낸다. 표 1.6은 회복 용량을 나타낸다. 표 1.7은 보유 용량을 나타낸다. 완전히 충전된 두 개의 전지를 60℃로 가열된 챔버에 넣는다. 1개월 후에 전지를 꺼내고 25℃에서 전지를 방전시킨 후(보유 용량을 산출) 재충전하고 방전시키고, 2차 방전으로 회복 용량을 산출한다. 충전/방전 주기를 1C/1C 레이트에서 실행한다. 그 다음에, 전지를 다시 충전하고 저장을 계속하고, 2개월 후 회복 및 보유 데이터를 측정한다. 3개월 후에 동일하게 반복한다. [도 1e] 및 [도 1f]는 얻은 데이터를 요약한다.Tables 1.6 and 1.7 show storage results at 60 占 폚 for 3 months. Table 1.6 shows the recovery capacity. Table 1.7 shows the storage capacity. Place two fully charged cells in a chamber heated to 60 ° C. After one month, the battery is discharged, the battery is discharged at 25 DEG C (the storage capacity is calculated), the battery is recharged and discharged, and the recovery capacity is calculated by the secondary discharge. The charge / discharge cycle is executed at a rate of 1C / 1C. Then, the battery is recharged and storage is continued, and recovery and retention data are measured after 2 months. Repeat after 3 months. Figures 1E and 1F summarize the data obtained.

마지막으로, [도 1g] 및 [도 1h]는 25℃ 또는 45℃에서 사이클 안정성을 나타낸다. 도면은 1C/1C 충전/방전 사이클링 과정에서 방전 용량 비(1C 방전 속도에서 초기 방전 용량과 비교)를 나타내고, 각 50번째 사이클은 더 느린 속도에서이다((1C/0.2C 충전/방전). Finally, [Fig. Ig] and [Fig. 1h] show cycle stability at 25 ° C or 45 ° C. The figure shows the discharge capacity ratio (compared to the initial discharge capacity at 1C discharge rate) in the 1C / 1C charge / discharge cycling process, with each 50th cycle at a slower rate (1C / 0.2C charge / discharge).

명백하게, 수성 코팅 시 물에 노출 및 사용된 화학 물질의 첨가는 배터리 성능을 변화시킨다. 대부분의 경우, 성능은 나빠진다. 그러나 놀랍게도, 수성 코팅에 필요한 모든 화학물질(1% CMC + 1% FAP, 물에 노출)을 포함하는 캐소드를 가진 전지는 전체적으로 우수한 성능을 나타낸다. 용량 및 율속 성능은 기준과 거의 비슷하고, DCR 및 저장 특성은 좋아지며, 사이클 안정성은 유사하거나 약간만 나빠지고, 팽윤은 거의 유사하다. 실시예 1은 수성 코팅이 가능하며, 수성 코팅에 사용되는 화학물질이 완전 전지에 적합하며, 결국 요구되는 물에 노출은 극적으로 전지를 악화시키지 않는다는 결론을 내리게 해준다.Obviously, exposure to water and addition of chemicals used in aqueous coatings will change battery performance. In most cases, performance is poor. Surprisingly, however, cells with cathodes containing all the chemicals required for aqueous coatings (1% CMC + 1% FAP, exposed to water) exhibit excellent overall performance. Capacity and rate performance are similar to standards, DCR and storage properties are better, cycle stability is similar or slightly worse, and swelling is almost similar. Example 1 makes it possible to conclude that aqueous coating is possible and that the chemicals used in aqueous coatings are suitable for full cells and that eventually exposure to the required water does not dramatically deteriorate the cells.

<표 1.2> <Table 1.2>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 용량 및 율속 특성 결과(NMP 기재 결합제 완전 전지)Capacity and rate-response characteristics of NMC532 coated with aqueous binder (NMP-based binder full battery)

Figure pct00002
Figure pct00002

<표 1.3><Table 1.3>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 온도 특성 결과(NMP 기재 결합제 완전 전지)Results of temperature characteristics of NMC532 coated with aqueous binder (NMP-based binder full battery)

Figure pct00003
Figure pct00003

<표 1.4> <Table 1.4>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 팽윤 결과(NMP 기재 결합제 완전 전지)Swelling results of NMC532 coated with aqueous binder (NMP substrate binder full cell)

Figure pct00004
Figure pct00004

<표 1.5><Table 1.5>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 DCR, DCR 증가(NMP 기재 결합제 완전 전지)DCR, DCR increase (NMP-based binder full battery) of NMC532 coated with aqueous binder

Figure pct00005
Figure pct00005

<표 1.6><Table 1.6>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 회복 용량(NMP 기재 결합제 완전 전지)Recovery Capacity of NMC532 Coated with Aqueous Binder (NMP Base Binder Complete Battery)

Figure pct00006
Figure pct00006

<표 1.7><Table 1.7>

수성 결합제로 코팅된 NMC532의 보유 용량(NMP 기재 결합제 완전 전지)Storage capacity of NMC532 coated with aqueous binder (NMP-based binder full battery)

Figure pct00007
Figure pct00007

실시예 2Example 2

본 실시예는 NMP + PVDF 기재 코팅 공정으로부터 유래하는 통상의 전극(실시예 2A)에 비해 수성 코팅 공정에 의해 제조된 양극(실시예 2B)을 포함하는 완전 전지의 성능을 비교할 것이다. 실시예 1에서와 같이, NMC532(금속 조성 M=Ni0.5Mn0.3Co0.2인 NMC)를 캐소드 물질로 사용하였고, 실시예 2A의 물질은 실시예 1A와 동일하였고, 실시예 2B의 물질은 동일한 MP 등급이고 샘플 1A와 사실상 동일한 분말을 사용하였다. 통상의 전극은 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조한다.This example will compare the performance of a complete cell comprising an anode (Example 2B) produced by an aqueous coating process as compared to a conventional electrode (Example 2A) resulting from an NMP + PVDF based coating process. As in Example 1, NMC532 (NMC with metal composition M = Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) was used as the cathode material, the material of Example 2A was the same as Example 1A, and the material of Example 2B was the same MP And substantially the same powder as Sample 1A was used. A conventional electrode is prepared as described in Example 1. [

수성 슬러리 제조 및 전극 코팅을 위해, 슬러리를 96 wt%의 NMC532 분말, 도전제로서 1.5 wt%의 수퍼-P 및 1 wt%의 흑연, 수성 기재 결합제로서 0.7 wt%의 카복시메틸 셀룰로스(CMC) 및 1 wt%의 플루오린 아크릴레이트 중합체(FAP)를 혼합물에 혼합하여 제조한다. 상기 혼합 절차는 두 단계로 나뉜다. 첫째 단계는 자전 공전식 혼합기를 이용하여 약 2.5 시간 동안 느린 속도 혼합이다. 첫째 혼합 단계의 속도는 약 100rpm이다. 둘째 단계는 분산 혼합기를 이용하여 약 1시간 동안 고속 혼합이다. 둘째 단계의 속도는 약 4000rpm이다. For aqueous slurry preparation and electrode coating, the slurry was mixed with 96 wt% NMC532 powder, 1.5 wt% Super-P and 1 wt% graphite as a conductive agent, 0.7 wt% carboxymethyl cellulose (CMC) as an aqueous base binder, 1 wt% of a fluorine acrylate polymer (FAP) is mixed into the mixture. The mixing procedure is divided into two steps. The first step is slow rate mixing for about 2.5 hours using a rotating-flow mixer. The rate of the first mixing step is about 100 rpm. The second stage is high-speed mixing for about 1 hour using a dispersion mixer. The speed of the second stage is about 4000 rpm.

제조된 슬러리를 알루미늄 박 위에 코팅기에서 코팅한다. 전극을 고정된 로딩 중량, 길이 및 너비로 제조한다. 코팅 온도는 60℃(기계 내부)였다. 코팅 후 전극을 프레싱기로 눌러 전극 밀도 3.2g/cm3를 얻는다. 제조된 전극을 진공 오븐에서 85℃에서 8시간 동안 건조한다.The prepared slurry is coated on an aluminum foil in a coater. The electrodes are manufactured with a fixed loading weight, length and width. The coating temperature was 60 캜 (inside the machine). After coating, the electrode is pressed with a pressing machine to obtain an electrode density of 3.2 g / cm 3 . The prepared electrode is dried in a vacuum oven at 85 DEG C for 8 hours.

전기화학적 검사: 표 2.1 - 표 2.4는 전지의 전기화학적 특성의 결과를 요약한다. [도 2a] - [도 2g]은 표의 데이터를 보여준다. Electrochemical tests: Table 2.1 - Table 2.4 summarizes the results of the electrochemical characteristics of the cell. [Figure 2a] - [Figure 2g] shows the data of the table.

표 2.1 및 [도 2a]는 25℃에서 시험된 가역 용량 및 율속 성능을 보여준다. NMC532는 NMP 기재 결합제 시스템과 수성 결합제 시스템에서 유사한 용량을 갖는다.Table 2.1 and [Figure 2a] show the reversible capacity and rate performance tested at 25 ° C. NMC532 has a similar capacity in an NMP based binder system and an aqueous binder system.

표 2.2는 DCR(DCR=DC 저항)을 나타낸다. DC 저항은 펄스 검사에 대한 USABC 절차에 따라 계산된다. 펄스는 10초 동안 1C 레이트이다. [도 2b] 및 [도 2c]은 표 2의 데이터를 요약한다. Table 2.2 shows DCR (DCR = DC resistance). The DC resistance is calculated according to the USABC procedure for pulse testing. The pulse is a 1C rate for 10 seconds. Figures 2b and 2c summarize the data in Table 2.

표 2.3 및 표 2.4는 60℃에서 3개월간 저장 결과를 보여준다. 표 2.3은 회복 용량을 보여주고, 표 2.4는 보유 용량을 나타낸다. 시험 프로토콜은 실시예 1에서와 동일하다.Table 2.3 and Table 2.4 show storage results for 3 months at 60 ° C. Table 2.3 shows the recovery capacity, and Table 2.4 shows the storage capacity. The test protocol is the same as in Example 1.

고온 저장 시험 과정에서, 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR 및 DCR 증가는 유기 NMP 기재 결합제 시스템에서 NMC532보다 우수하다. 보유 용량 및 회복 용량의 경우, 수성 결합제 시스템에서 NMC532 샘플은 NMP 기재 결합제 시스템에서 NMC532에 비교할만한 결과를 보인다.In the high temperature storage test procedure, the DCR and DCR increase of NMC532 in aqueous binder systems is superior to that of NMC532 in organic NMP based binder systems. For retention capacity and recovery capacity, the NMC532 sample in the aqueous binder system shows comparable results to the NMC532 in the NMP substrate binder system.

마지막으로, [도 2f] 및 [도 2g]은 각각 25℃ 및 45℃에서 사이클 안정성을 나타낸다. 도면은 1C/1C 충전/방전 사이클링에서 방전 용량 비(1C 방전 속도에서 초기 방전 용량과 비교하여)를 나타내며, 각 50번째 주기는 더 느린 속도(1C/0.2C 충전/방전)에서이다. 수성 전극을 가진 전지의 실온에서 주기안정성은 NMP 기재 결합제 시스템에 비해 약간 우수하다. 상승된 T(45℃)에서 수성 코팅된 전극을 가진 전지는 확실히 우수한 결과를 나타낸다. 수성 코팅 기술이 자동차 용용를 위한 NMC 화합물에 적용될 수 있는 것으로 요약될 수 있다. NMC532 산물의 경우, 수성 결합제 시스템이 약간 낮지만, 여전히 허용 가능한 율속 성능을 갖는다. 수성 코팅은 고온 저장 시험(DCR, DCR 증가) 및 사이클 안정성, 특히 45℃의 상승된 온도에서 사이클 안정성에 대해 통상의 코팅에 비해 장점을 나타낸다.Finally, [Figure 2f] and [Figure 2g] show cycle stability at 25 ° C and 45 ° C, respectively. The figure shows the discharge capacity ratio (compared to the initial discharge capacity at 1C discharge rate) in 1C / 1C charge / discharge cycling, with each 50th cycle at a slower rate (1C / 0.2C charge / discharge). The cell stability at room temperature of the cell with an aqueous electrode is somewhat superior to that of the NMP based binder system. A cell with an aqueous coated electrode at elevated T (45 DEG C) certainly exhibits excellent results. It can be summarized that an aqueous coating technique can be applied to NMC compounds for automotive applications. For the NMC532 product, the aqueous binder system is slightly lower, but still has acceptable rate-limiting performance. The aqueous coatings exhibit advantages over conventional coatings for high temperature storage tests (DCR, DCR increase) and cycle stability, especially cycle stability at elevated temperatures of 45 &lt; 0 &gt; C.

<표 2.1> <Table 2.1>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 용량 및 율속 특성 Capacity and rate-response characteristics of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00008
Figure pct00008

<표 2.2> <Table 2.2>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 DCR, DCR 증가DCR, DCR increase of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00009
Figure pct00009

<표 2.3> <Table 2.3>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 보유 용량The storage capacity of NMC532 in the NMP substrate binder system and the aqueous binder system

Figure pct00010
Figure pct00010

<표 2.4> <Table 2.4>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템에서 NMC532의 회복 용량Recovery capacity of NMC532 in NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00011
Figure pct00011

실시예 3 Example 3

본 실시예에서, 실시예 2B(=3B1)의 수성 제조를 반복하여 재현가능성을 확인한다. 실시예는 두 번째 완전 전지 3B2의 결과를 3B1의 결과와 비교한다. 실시예는 실시예 2의 결과가 재현 가능하다는 것을 증명한다. 팽윤 또는 저온 성능과 같은 추가의 특성을 측정한다. 표 3.1 - 표 3.6은 시험 결과를 요약한다. [도 3a]-[도 3h]는 표의 데이터를 나타낸다. [도 3a]-[도 3g]에서 하기 기준이 사용된다.In this example, the aqueous preparation of Example 2B (= 3B1) is repeated to confirm reproducibility. The embodiment compares the results of the second full battery 3B2 with the results of 3B1. The example demonstrates that the results of Example 2 are reproducible. Additional properties such as swelling or low temperature performance are measured. Table 3.1 - Table 3.6 summarizes the test results. [Figure 3a] - [Figure 3h] show table data. The following criteria are used in [Figure 3a] - [Figure 3g].

Figure pct00012
Figure pct00012

표 3.1은 25℃에서 시험된 가역 용량 및 율속 성능을 나타낸다. [도 3a]는 표 1의 결과를 요약한다. 실시예 3B2는 실시예 3B1과 유사한 용량을 나타낸다.Table 3.1 shows the reversible capacity and rate performance tested at 25 ° C. Figure 3A summarizes the results of Table 1. Example 3B2 shows a similar capacity to Example 3B1.

표 3.2 및 표 3.3은 NMP + PVDF 기재 코팅 공정으로부터 유래하는 통상의 전극(실시예 3A, 실시예 1A와 동일한 물질임)에 대해 수성 코팅 공정에 의해 제조된 양극을 포함하는 완전 전지(실시예 3B2)를 비교한다. 표 3.2는 -20℃ 내지 60℃에서 성능 범위에서 온도 특성을 나타낸다. 표에서 데이터는 완전히 충전된 (25℃에서) 전지를 온도 챔버에 침지시키고 온도 평형 후 0.5C 레이트에서 방전 용량을 측정하여 얻은 용량 %로 나타낸다. [도 3b]는 표 3.2의 결과를 요약한다. 결과가 허용 가능하지 않은 정도는 아니더라도 수성 캐소드를 가진 전지는 전지의 낮은 온도 특성을 NMP 기재 결합제 시스템과 일치시킬 수 없다는 것이 명백하다. 표 3.3은 팽윤 시험의 결과를 나타낸다. 완전히 충전된 전지를 90℃에서 예열된 오븐에 넣고 90℃에서 4시간 동안 유지시킨 후, 두께를 측정하여 초기 전지 두께와 비교한다. 수성 결합제 시스템(실시예 3B2)에서 NMC532의 팽윤 특성은 NMP 기재 결합제 시스템(실시예 3A)보다 더 나빠진다.Table 3.2 and Table 3.3 show the results of a full cell (Example 3B2) containing a positive electrode prepared by an aqueous coating process on a conventional electrode (same as Example 3A, Example 1A) resulting from the NMP + PVDF substrate coating process ). Table 3.2 shows the temperature characteristics in the performance range at -20 캜 to 60 캜. The data in the table is expressed as a percent capacity obtained by immersing the fully charged battery (at 25 캜) in a temperature chamber and measuring the discharge capacity at 0.5 C after temperature equilibration. Figure 3b summarizes the results in Table 3.2. It is clear that a cell with an aqueous cathode can not match the low temperature characteristics of the cell with the NMP substrate binder system, although the result is not unacceptable. Table 3.3 shows the results of the swelling test. A fully charged cell is placed in a preheated oven at 90 占 폚, held at 90 占 폚 for 4 hours, and the thickness is measured and compared to the initial cell thickness. The swell characteristics of NMC532 in the aqueous binder system (Example 3B2) are worse than the NMP substrate binder system (Example 3A).

표 3.4는 DCR(DCR=DC 저항)을 나타낸다. DC 저항은 펄스 검사에 대한 USABC 절차에 따라 계산된다. 펄스는 10초 동안 1C이다. [도 3c] 및 [도 3d]는 표 3.4의 데이터를 요약한다. Table 3.4 shows DCR (DCR = DC resistance). The DC resistance is calculated according to the USABC procedure for pulse testing. The pulse is 1C for 10 seconds. [Figure 3c] and [Figure 3d] summarize the data in Table 3.4.

표 3.5 및 표 3.6은 60℃에서 3개월 동안 저장 결과를 나타낸다. 표 3.5는 보유 용량을 나타내고, 표 3.6은 회복 용량을 나타낸다 [도 3e] 및 [도 3f]는 얻은 데이터를 요약한다. 실시예 3B2는 실시예 3B1와 비교하여 유사하거나 약간 향상된 결과를 보여준다. 마지막으로, [도 3g] 및 [도 3h]는 25℃ 또는 45℃에서 사이클 안정성을 나타낸다. 프로토콜은 실시예 2에서와 동일하며, 결과는 재현 가능하다.Tables 3.5 and 3.6 show storage results at 60 ° C for 3 months. Table 3.5 shows the storage capacity, and Table 3.6 shows the recovery capacity [Fig. 3e] and [Fig. 3f] summarize the data obtained. Example 3B2 shows similar or slightly improved results compared to Example 3B1. Finally, [Figure 3g] and [Figure 3h] show cycle stability at 25 ° C or 45 ° C. The protocol is the same as in Example 2, and the results are reproducible.

수성 코팅 기술은 적용될 수 있으며 재현 가능한 결과를 나타낼 수 있다고 요약될 수 있다. 실시예 3B2는 실시예 3B1의 결과를 확인해 준다. 특히, 실시예 3B2는 수성 코팅이 율속 특성은 저조하나 더 낮은 DCR, 우수한 저장 특성 및 우수한 사이클 수명을 나타낸다는 것을 확인해 준다. 또한, 수성 코팅을 적용하기 위해서는 특히 팽윤, 율속 성능뿐 아니라 낮은 T 성능은 여전히 향상되어야 한다는 결론을 내릴 수 있다. It can be summarized that aqueous coating techniques can be applied and reproducible results. Example 3B2 confirms the results of Example 3B1. In particular, Example 3B2 confirms that aqueous coatings exhibit lower rate-of-control properties but lower DCR, better storage properties and better cycle life. In addition, it can be concluded that the application of an aqueous coating, in particular the swelling and rate performance as well as the low T performance, should still be improved.

<표 3.1><Table 3.1>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 용량 및 율속 특성Capacity and rate characteristics of NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00013
Figure pct00013

<표 3.2><Table 3.2>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 온도 특성Temperature characteristics of NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00014
Figure pct00014

<표 3.3><Table 3.3>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 팽윤 특성Swelling properties of NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00015
Figure pct00015

<표 3.4><Table 3.4>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 DCR, DCR 증가Increased DCR, DCR of NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00016
Figure pct00016

<표 3.5><Table 3.5>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 보유 용량The storage capacity of the NMP substrate binder system and the aqueous binder system

Figure pct00017
Figure pct00017

<표 3.6><Table 3.6>

NMP 기재 결합제 시스템 및 수성 결합제 시스템의 회복 용량Recovery capacity of NMP substrate binder system and aqueous binder system

Figure pct00018
Figure pct00018

실시예 4Example 4

본 실시예는 WO2011/054440호에 기재된 이중 쉘 코팅된 NMC의 제조를 개시한다. 이중 쉘 코팅된 NMC는 LiF으로 이루어진 내부 쉘을 갖는다. LiF은 코팅되지 않은 재료의 표면에 존재하는 가용성 염기와 플루오르화 중합체의 반응 결과물이다. 상기 표면 염기의 소모로 인해, 전체 염기 함량(pH 적정에 의해 측정됨)이 낮아진다. 더 낮은 염기 함량은 코팅되지 않은 NMC보다 팽윤을 더 적게 일으킨다. 외부 쉘은 소수성 중합체이다. 수성 슬러리 제조 과정에서, 외부 중합체 쉘은 물에 노출되는 것으로부터 NMC 표면의 적어도 일부를 보호한다. 배터리 조립 후, 소수성 중합체는 전해질에서 팽창하고, 표면은 이온 전도성을 띠게 된다.This example discloses the preparation of a dual shell coated NMC as described in WO2011 / 054440. The dual shell coated NMC has an internal shell of LiF. LiF is the reaction product of a fluorinated polymer with a soluble base present on the surface of the uncoated material. Due to the consumption of the surface base, the overall base content (as measured by pH titration) is low. Lower base content causes less swelling than uncoated NMC. The outer shell is a hydrophobic polymer. In the aqueous slurry preparation process, the outer polymer shell protects at least a portion of the NMC surface from exposure to water. After assembling the battery, the hydrophobic polymer expands in the electrolyte and the surface becomes ionic conductive.

실시예에서 이중 쉘 NMC532은 다음 주요 단계에 의해 제조된다. (a) 리튬 Ni-Mn-Co 산화물과 플루오린 함유 중합체 전구물질의 혼합 및 (b) 산화 분위기에서 소성. 각 단계의 상세한 설명은 다음과 같다. In an embodiment, the dual shell NMC532 is prepared by the following main steps. (a) mixing a lithium Ni-Mn-Co oxide with a fluorine-containing polymer precursor and (b) calcining in an oxidizing atmosphere. A detailed description of each step is as follows.

단계 (a): 건조 분말 혼합 공정을 이용한 리튬 Ni-Mn-Co 산화물과 플루오린 전구물질의 혼합. 전구물질을 용기에 넣는다. 1 wt%의 미세 분말형 PVDF-HFP(=폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로펜) 공중합체를 플루오르화 중합체 전구물질로 사용한다. 리튬 Ni-Mn-Co 산화물과 플루오린 전구물질을 수직 단일 샤프트 믹서에서 건조 분말 혼합 공정에 의해 혼합한다.Step (a): Mixture of lithium Ni-Mn-Co oxide and fluorine precursor using a dry powder mixing process. Put the precursor into the container. 1 wt% of fine powdered PVDF-HFP (= polyvinylidene fluoride-hexafluoropropene) copolymer is used as the fluorinated polymer precursor. Lithium Ni-Mn-Co oxide and fluorine precursors are mixed by a dry powder mixing process in a vertical single-shaft mixer.

단계 (b): 산화 분위기에서 소결. 이중 쉘 NMC532 샘플을 산화 분위기의 챔버로 또는 채널 로에서 단계 (a)의 혼합물을 이용하여 소성한다. 본 실시예에서 소결 온도는 250℃이고 체류 시간은 5시간이다. 소성은 산화 기체로 사용되는 건조 기류에서 일어난다. [도 4]는 250℃로 가열된 Li Ni-Mn-Co 산화물/1% PVDF 혼합물의 FESEM 현미경 사진을 보여준다.Step (b): sintering in an oxidizing atmosphere. The double-shell NMC532 sample is calcined using the mixture of step (a) in a chamber of an oxidizing atmosphere or in a channel furnace. In this embodiment, the sintering temperature is 250 DEG C and the residence time is 5 hours. The calcination takes place in a drying air stream which is used as an oxidizing gas. [Figure 4] shows an FESEM micrograph of a Li Ni-Mn-Co oxide / 1% PVDF mixture heated to 250 ° C.

두 가지 샘플(4B & 4D)을 단계 (a) 및 (b)에 따라 두 가지 상이한 NMC532 전구물질 샘플(4A & 4C)로부터 제조한다. 4A는 실시예 1A와 거의 동일한 대량 생산 물질인 전구물질 샘플이고, 4C는 파일럿 라인의 NMC532 샘플이며 보통의 대량 생산보다 가용성 염기 함량이 더 높다. 표 4.1은 샘플의 이력을 요약한다. 가용성 염기는 pH 적정으로 측정한다. pH를 측정하기 위해서, 7.5g의 샘플을 100 ml의 물에 침지시킨다. 교반하면서 표면의 불순물, 예를 들어 Li2CO3 및 LiOH을 용해시킨다. 추가적으로, Li+(고체)과 H+(물)을 교체하는 이온 교환 반응이 일어난다. 10분간 교반한 후, 여과하여 투명한 액체를 얻는다. 상기 액체 내 염기 함량은 pH=4.5가 될 때까지 pH 적정하여 얻는다. 값은 캐소드 물질 g 당 μmol으로 보고한다. 이중 쉘 코팅 후 전체 염기를 코팅 전의 값과 비교하여 가용성 염기 함량이 22- 25% 감소된 것을 확인한다. Two samples (4B & 4D) are prepared from two different NMC532 precursor samples (4A & 4C) according to steps (a) and (b). 4A is a precursor sample that is approximately the same mass-produced material as Example 1A, and 4C is an NMC532 sample of the pilot line and has a higher soluble base content than normal mass production. Table 4.1 summarizes the history of the samples. Soluble bases are measured by pH titration. To measure the pH, 7.5 g of the sample is immersed in 100 ml of water. The surface impurities such as Li 2 CO 3 and LiOH are dissolved while stirring. In addition, an ion exchange reaction occurs in which Li + (solid) and H + (water) are exchanged. After stirring for 10 minutes, a transparent liquid is obtained by filtration. The base content in the liquid is obtained by pH titration until pH = 4.5. The value is reported in μmol per g of cathode material. After double shell coating, the total base is compared with the value before coating to confirm that the soluble base content is reduced by 22-25%.

<표 4.1><Table 4.1>

Figure pct00019
Figure pct00019

실시예 5 Example 5

실시예 5는 이중 쉘 코팅이 더 낮은 pH 회복을 일으킨다는 것을 보여준다. Ni 함량이 더 높은 NMC는 더 높은 용량을 갖지만 가용성 염기 함량도 더 높다. 가용성 염기는 알루미늄 집전체 박을 심하게 부식시키기 때문에 심각한 문제를 일으킨다. 알루미늄 박 부식이 시작된 것은 핀 홀이 관찰됨으로써 쉽게 검출될 수 있다. 이러한 핀 홀은 여전히 젖어 따뜻할 때 수소 기체 발생으로부터 유래하며, 건조가 점차 진행되면서 염기 코팅층은 알루미늄 박을 공격한다.Example 5 shows that dual shell coatings result in lower pH recovery. NMCs with higher Ni content have higher capacity but higher soluble base content. Soluble bases cause serious problems because they severely corrode aluminum foil foil. The start of aluminum foil corrosion can be easily detected by observing the pinhole. These pinholes are still derived from hydrogen gas evolution when wet and warm, and as the drying progresses, the base coat layer attacks the aluminum foil.

알루미늄 부식을 방지하기 위하여, 산 첨가에 의해 코팅 슬러리의 pH를 감소시킨다. 본 실시예에서는 pH를 감소시키기 위해 통상 0.05 wt%의 H2SO4(활성 NMC의 wt% 중)을 첨가하였다.To prevent aluminum corrosion, the pH of the coating slurry is reduced by acid addition. In this example, 0.05 wt% of H 2 SO 4 (in wt% of active NMC) was added to reduce the pH.

상기 대량 생산을 예시하기 위하여, 실시예 1A에서와 같이 NMC532를 슬러리 제조에 사용하였다. 수성 슬러리는 황산을 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시예 2와 유사하게 제조하였다. 코팅 후 전극을 육안으로 검사하였다.To illustrate the mass production, NMC532 was used for slurry preparation as in Example 1A. The aqueous slurry was prepared analogously to Example 2 except that no sulfuric acid was added. After coating, the electrodes were visually inspected.

추가적으로, 전극을 SEM 현미경으로 검사하였다(롤 프레스로 압축하지 않음) - [도 5a]의 왼쪽 사진을 참조한다. 전극은 손상을 보인다 - 핀 홀이 나타난다. 핀 홀은 염기가 알루미늄을 공격한 후에 수소 발생으로부터 유래한다. 어떤 경우에, 알루미나 박에 대한 손상이 발견될 수 있다. 외관상, 알루미늄 부식이 일어났다. 코팅된 전극의 SEM 현미경 사진, [도 5a]의 오른쪽 사진은 산 첨가의 결과를 나타낸다. Al 부식이 방지되어, 핀 홀이 없으며, 전극 표면이 매끄럽다.In addition, the electrodes were inspected with a SEM microscope (not compressed with a roll press) - see left picture of FIG. 5a. The electrode shows damage - pin holes appear. The pinhole is derived from hydrogen generation after the base attacks aluminum. In some cases, damage to the alumina foil can be found. Apparently, aluminum corrosion has occurred. SEM micrographs of the coated electrode, right photo of Figure 5a, show the results of acid addition. Al corrosion is prevented, there is no pinhole, and the electrode surface is smooth.

심각한 문제는 pH 회복이다. 산 첨가 후 즉시 pH가 감소하지만, 곧 물과 벌크의 외부 표면 사이에 이온 교환 반응으로 인해 점차 회복된다. 변화하는 pH는 코팅 공정에서 슬러리 특성을 변화시킴으로써 대량 생산 시 공정의 안정성 문제를 야기하고 결국에 알루미늄 부식을 일으키기 때문에 회복은 매우 바람직하지 않다.A serious problem is pH recovery. The pH is reduced immediately after the acid addition, but is gradually restored due to the ion exchange reaction between the water and the external surface of the bulk. The changing pH changes the slurry properties in the coating process, causing process stability problems in mass production and eventually causing aluminum corrosion, which is highly undesirable.

본 실시예에서, NMC532 및 이중 쉘 코팅된 NMC532에 산을 첨가한 후 pH 회복을 조사한다. 150g의 샘플을 75 ml의 물에 침지시킨다. 매 3초 마다 pH를 기록한다. pH는 13분 후에 안정화된다. 1.42 ml의 10% H2SO4(1배 부피의 농축 H2SO4를 물로 희석하여 10배 부피로 만듬)의 산을 첨가한다. pH는 즉시 떨어지고, 그 후 pH는 계속하여 회복된다. 2 세트의 샘플을 조사하였다. 표 5.1은 샘플 및 결과를 요약한다. [도 5b]는 결과를 상세하게 나타낸다. 5A은 기준 MNC532이고 4A와 동일하다. 5B는 이중 쉘 코팅 후 동일한 물질이며, 4B와 동일하다. 5C(=4C)는 염기 함량이 더 높은 NMC532 기준이고 5D(=4D)는 염기 함량이 더 높은 NMC532의 이중 쉘 코팅된 물질이다. 본 발명자들은 이중 쉘 코팅된 NMC532가 일반적으로 코팅되지 않은 기준보다 pH가 더 낮다는 것을 관찰한다. 예상한 대로, 높은 염기 NMC(5C)가 산 첨가 전에 높은 pH를 보이고 회복된 pH도 높다. 이중 쉘 코팅 후 높은 염기 NMC를 이용할 때, 동일량의 산이 상당히 더 낮은 pH를 유발한다(5D 참조). In this example, pH recovery is investigated after addition of acid to NMC532 and double shell coated NMC532. 150 g of the sample is immersed in 75 ml of water. Record the pH every 3 seconds. The pH is stabilized after 13 minutes. 1.42 ml of 10% H 2 SO 4 (dilute 1-fold volume of concentrated H 2 SO 4 with water to make 10-fold volume) is added. The pH drops immediately, after which the pH is continuously restored. Two sets of samples were examined. Table 5.1 summarizes the samples and the results. Figure 5b details the results. 5A is the reference MNC532 and is the same as 4A. 5B is the same material after dual shell coating and is the same as 4B. 5C (= 4C) is the NMC532 base material with higher base content and 5D (= 4D) is the NMC532 double shell coated material with higher base content. We observe that the double shell coated NMC532 has a lower pH than the reference not normally coated. As expected, the high base NMC (5C) showed a high pH before the addition of acid and a high pH recovered. When using high base NMC after double shell coating, the same amount of acid causes significantly lower pH (see 5D).

이중 쉘 코팅된 NMC의 적용은 알루미늄 부식을 감소시키는 것이 가능하며 통상적으로 용량이 커질수록 더 높은 염기 함량이 수반되기 때문에 이러한 방법으로 수성 코팅 기술은 더 높은 용량을 갖는 NMC로 추진(pushed)될 수 있다고 결론지을 수 있다. The application of dual shell coated NMCs is possible to reduce aluminum corrosion, and in this way the aqueous coating technology can be pushed to a higher capacity NMC because the higher the volume, the higher the base content is usually accompanied .

<표 5.1> 샘플 요약 <Table 5.1> Sample summary

Figure pct00020
Figure pct00020

실시예 6 Example 6

본 실시예는 수성 결합제 시스템에서 이중 쉘 코팅된 NMC와 기준 NMOC의 비교를 보여준다. 보통의 NMC 및 이중 쉘 코팅된 NMC를 권취된(wounded) 파우치형 완전 전지에서 캐소드 물질로서 시험한다. 상기 전지에서 양극을 수성 코팅 기술에 의해 얻는다. 본 실시예는 이중 쉘 코팅된 NMC의 성능과 기준의 성능을 비교한다. 본 실시예에서, 기준 샘플은 또한 이중 쉘 코팅 공정을 위한 전구물질이었다. 실시예 6A는 기준이고, 실시예 3B2에서와 동일한 물질이다. 간단히 나타내며, 기준 NMC와 이중 쉘 코팅된 NMC의 중심부는 동일하다. 표 6.1은 사용된 샘플의 개요를 나타낸다. 전기화학적 시험 결과는 표 6.2 내지 표 6.7(표 6.2&6.3: 코팅 유형은 수성 결합제 시스템임)에 요약된다. [도 6a] 내지 [도 6h]는 표의 데이터를 나타낸다.This example shows a comparison of a dual shell coated NMC with a reference NMOC in an aqueous binder system. Normal NMC and double-shell coated NMC are tested as cathode materials in wounded pouch-type full cells. In this battery, the anode is obtained by an aqueous coating technique. This example compares the performance of standards with the performance of dual shell coated NMC. In this example, the reference sample was also a precursor for the dual shell coating process. Example 6A is the standard and is the same material as in Example 3B2. Briefly, the center of the reference NMC and the double shell coated NMC are the same. Table 6.1 gives an overview of the samples used. Electrochemical test results are summarized in Tables 6.2 to 6.7 (Tables 6.2 & 6.3: Coating Type is an aqueous binder system). 6A to 6H show data of a table.

<표 6.1><Table 6.1>

수성 코팅된 전극으로부터 제조된 완전 전지의 정보Complete cell information from an aqueous coated electrode

Figure pct00021
Figure pct00021

표 6.2 및 [도 6a]는 용량 및 율속 성능의 결과를 나타낸다. 표 6.3 및 [도 6b]는 온도 특성을 나타낸다. 이중 쉘 NMC532는 수성 결합제 시스템의 완전 전지 시험에서 NMC532 기준 샘플보다 약간 더 낮은 용량 및 더 낮은 율속 성능을 갖는다. 이중 쉘 NMC532 및 기준 NMC532는 수성 결합제 시스템의 완전 전지 시험에서 유사한 온도 특성을 갖는다. 약간 손실된 용량 및 약간 더 낮은 율속 특성은 가역 용량에 기여하지 못하고 추가의 저항층으로 역할을 하는 이중 쉘의 존재로 설명될 수 있다. 표 6.4는 팽윤 시험의 결과를 나타낸다. 이중 쉘 코팅된 NMC의 성능은 기준 성능과 유사하다. 표 6.5 및 [도 6c] 및 [도 6d]는 초기 DCR 및 저장 과정에서 DCR 증가를 나타낸다. 이중 쉘 코팅된 NMC는 뛰어난 성능을 보인다. 이중 쉘 코팅된 NMC는 (a) 더 낮은 초기 DCR 및 (b) 훨씬 더 낮은 증가 속도를 갖는다.Table 6.2 and [Figure 6a] show the results of capacity and rate performance. Table 6.3 and [Figure 6B] show the temperature characteristics. The dual shell NMC532 has a slightly lower capacity and lower rate performance than the NMC532 reference sample in a full battery test of an aqueous binder system. Dual shell NMC532 and reference NMC532 have similar temperature characteristics in a full battery test of an aqueous binder system. A slightly lost capacity and a slightly lower rate-response characteristic can be explained by the presence of a double shell that does not contribute to the reversible capacity and serves as an additional resistive layer. Table 6.4 shows the results of the swelling test. The performance of the dual shell coated NMC is similar to the reference performance. Table 6.5 and [Figure 6c] and [Figure 6d] show the DCR increase in the initial DCR and storage process. Double shell coated NMC shows excellent performance. Dual shell coated NMCs have (a) lower initial DCR and (b) much lower growth rates.

표 6.6 및 표 6.7 및 [도 6e]는 저장 후 성능을 나타낸다. 이중 쉘 코팅된 NMC는 뛰어난 저장 특성을 나타낸다. 이것은 회복된 용량의 최고의 보유율을 갖는다.Table 6.6 and Table 6.7 and [Figure 6e] show performance after storage. Double shell coated NMC exhibits excellent storage properties. This has the highest retention of recovered capacity.

마지막으로, [도 6g] 및 [도 6h]는 사이클 안정성의 결과를 나타낸다. 25도에서, 이중 쉘 코팅된 NMC는 상당히 향상된 사이클 안정성을 보이며, 45℃에서도 이중 쉘 코팅된 NMC는 NMC 기준에 대한 결과와 비교하여 더 우수한 성능을 갖는다.Finally, [Figure 6g] and [Figure 6h] show the results of cycle stability. At 25 degrees C, double-shell coated NMC exhibits significantly improved cycle stability, and even at 45 DEG C dual shell coated NMC has better performance compared to the results for the NMC standard.

수성 코팅 기술에 의해 적용될 때, 이중 쉘 코팅된 NMC는 일반적으로 NMC 기준과 비교하여 유사하거나, 약간 우수하거나, 상당히 향상된 성능을 나타내는 것으로 요약될 수 있다. DCR의 감소 및 작동 과정에서 DCR 증가의 감소는 높은 펄스 전력을 요구하는 자동차 용도에 특히 중요하다. 자동차 배터리는 장시간 지속되어야 하기 때문에, 높은 사이클 안정성 및 저장 과정에서 안정한 회복 용량이 요구된다. 명백히, 코팅되지 않은 NMC532에 비교하여 이중 쉘 코팅된 NMC532는 더 낮은 DCR, 더 적은 DCR 감소, 회복 용량의 더 적은 손실 및 상당히 향상된 사이클 안정성을 나타낸다. 이것이 본 발명을 자동차 용도에 특히 적합하게 만든다.When applied by an aqueous coating technique, the dual shell coated NMC can be summarized as exhibiting similar, slightly better, or significantly improved performance as compared to the NMC standard in general. The reduction of DCR and the reduction of DCR increase during operation are particularly important for automotive applications that require high pulse power. Since automotive batteries must last for a long time, high cycle stability and a stable recovery capacity in the storage process are required. Obviously, dual shell coated NMC532 compared to uncoated NMC532 exhibits lower DCR, less DCR reduction, less loss of recovery capacity and significantly improved cycle stability. This makes the invention particularly suitable for automotive applications.

<표 6.2><Table 6.2>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 용량 및 율속 특성 결과(수성 결합제 완전 전지)Capacity and rate-response characteristics of NMC532 and dual-shell NMC532 (aqueous binder full battery)

Figure pct00022
Figure pct00022

<표 6.3><Table 6.3>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 온도 특성(수성 결합제 완전 전지)Temperature characteristics of NMC532 and dual shell NMC532 (aqueous binder full battery)

Figure pct00023
Figure pct00023

<표 6.4><Table 6.4>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 팽윤 특성(수성 결합제 완전 전지)Swelling properties of NMC532 and dual shell NMC532 (aqueous binder full cell)

Figure pct00024
Figure pct00024

<표 6.5><Table 6.5>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 DCR, DCR 증가(수성 결합제 완전 전지)DCR, DCR increase of NMC532 and dual shell NMC532 (aqueous binder full battery)

Figure pct00025
Figure pct00025

<표 6.6><Table 6.6>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 보유 용량(수성 결합제 완전 전지)Storage capacity of NMC532 and dual shell NMC532 (aqueous binder full battery)

Figure pct00026
Figure pct00026

<표 6.7><Table 6.7>

NMC532 및 이중 쉘 NMC532의 회복 용량(수성 결합제 완전 전지)Recovery capacity of NMC532 and dual shell NMC532 (aqueous binder full battery)

Figure pct00027
Figure pct00027

Claims (15)

리튬 전이금속 산화물 분말을 포함하는 캐소드 활물질을 포함하는 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리로서, 상기 리튬 전이금속 산화물 분말은 1차 입자의 응집체로 이루어지고, 상기 1차 입자는 중합체를 포함하는 코팅층을 포함하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.An aqueous lithium ion battery cathode slurry comprising a cathode active material comprising a lithium transition metal oxide powder, wherein the lithium transition metal oxide powder comprises an aggregate of primary particles, wherein the primary particles comprise a coating layer comprising a polymer Aqueous lithium ion battery cathode slurry. 제1항에 있어서, 코팅층은 소수성인 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 1, wherein the coating layer is hydrophobic. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체는 50 wt% 이상의 플루오린을 포함하는 플루오린 함유 중합체인 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.3. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 1 or 2, wherein the polymer is a fluorine-containing polymer comprising 50 wt% or more of fluorine. 제3항에 있어서, 코팅은 제1 코팅 내층 및 제2 코팅 외층을 포함하고, 제2 외층은 플루오린 함유 중합체를 포함하고, 제1 내층은 플루오린 함유 중합체와 1차 입자 표면의 반응 산물로 이루어지는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.4. The method of claim 3, wherein the coating comprises a first coating inner layer and a second coating outer layer, the second outer layer comprises a fluorine containing polymer, the first inner layer comprises a reaction product of a fluorine containing polymer and a primary particle surface Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Li-ion &lt; / RTI &gt; 제4항에 있어서, 반응 산물은 LiF를 포함하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.5. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 4, wherein the reaction product comprises LiF. 제5항에 있어서, LiF 내 리튬은 1차 입자 표면에서 유래하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리. 6. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 5, wherein lithium in LiF originates from a primary particle surface. 제5항 또는 제6항에 있어서, LiF를 포함하는 반응 산물 내 플루오린은 제2 외층에 존재하는 부분적으로 분해된 플루오린 함유 중합체로부터 유래하는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리. 7. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 5 or 6 wherein the fluorine in the reaction product comprising LiF is from a partially degraded fluorine-containing polymer present in the second outer layer. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 코팅 내층은 0.5 nm 이상, 바람직하게는 0.8 nm 이상, 가장 바람직하게는 1 nm 이상의 두께를 갖는 LiF 막으로 이루어진 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.7. An aqueous lithium ion battery according to any one of claims 4 to 6, wherein the first coating inner layer consists of a LiF film having a thickness of at least 0.5 nm, preferably at least 0.8 nm, most preferably at least 1 nm. Cathode slurry. 제1항에 있어서, 리튬 전이금속 산화물은 일반식 Li1 + aM1 - aO2 ± bM'kSm을 가지고, 상기 일반식에서 -0.03<a<0.06이고, b<0.02이고, M은 금속 기재 조성물이며, 여기서 M의 95% 이상은 Ni, Mn, Co, Mg 및 Ti의 군으로부터의 한 가지 이상의 원소로 이루어지고, M'은 Ca, Sr, Y, La, Ce 및 Zr의 군으로부터의 한 가지 이상의 원소로 이루어지고, 0≤k≤0.1이고, 이때 k는 wt%로 나타내고, 0≤m≤0.6이고, 이때 m은 mol%로 나타내는 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리. The method of claim 1, wherein the lithium transition metal oxide of the general formula Li 1 + a M 1 - a M a O 2 ± b 'with k S m, and said general formula -0.03 <a <0.06, b < 0.02, M Wherein at least 95% of M consists of one or more elements from the group of Ni, Mn, Co, Mg and Ti, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Y, La, Ce and Zr Wherein 0? K? 0.1, where k is expressed in wt% and 0? M? 0.6, wherein m is expressed in mol%. 제9항에 있어서, M=NixMnyCoz이고, 여기서 x>0, y>0, z>0이고, x+y+z=1이고 x/y≥1인 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.The aqueous lithium ion battery of claim 9, wherein M = Ni x Mn y Co z wherein x> 0, y> 0, z> 0, x + y + z = 1 and x / Cathode slurry. 제10항에 있어서, 0.33≤x≤0.7이고, 0.1<z<0.35인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.11. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 10, wherein 0.33? X? 0.7 and 0.1 <z <0.35. 제10항에 있어서, 0.4≤x≤0.6이고, x/y>1인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.11. The aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 10, wherein 0.4? X? 0.6 and x / y> 제3항에 있어서, 플루오린 함유 중합체는 PVDF, PVDF-HFP 또는 PTFE 중 하나이며, 상기 플루오린 함유 중합체는 바람직하게는 0.2 μm 내지 0.5 μm의 평균 입자 크기를 갖는 응집된 1차 입자로 이루어진 것인 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리.The fluorine-containing polymer according to claim 3, wherein the fluorine-containing polymer is one of PVDF, PVDF-HFP or PTFE, and the fluorine-containing polymer is preferably composed of agglomerated primary particles having an average particle size of from 0.2 μm to 0.5 μm In aqueous lithium ion battery cathode slurry. 리튬이온 배터리용 캐소드의 제조에 있어서의 제1항의 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리의 용도로서, 상기 캐소드는 알루미늄 기판을 포함하는 것인 용도. The use of the aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 1 in the manufacture of a cathode for a lithium ion battery, wherein said cathode comprises an aluminum substrate. 자동차 용도를 위한 리튬이온 배터리의 제조에 있어서의 제1항의 수성 리튬이온 배터리 캐소드 슬러리의 용도. Use of the aqueous lithium ion battery cathode slurry of claim 1 in the manufacture of a lithium ion battery for automotive applications.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6863288B2 (en) * 2015-11-19 2021-04-21 日本ゼオン株式会社 Electrodes for lithium-ion secondary batteries
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
DE102016224382A1 (en) 2016-12-07 2018-06-07 Volkswagen Aktiengesellschaft A method for producing an electrode paste for an electrode and an electrode for a lithium-ion cell and a lithium-ion cell
JP6610531B2 (en) * 2016-12-27 2019-11-27 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode for lithium ion secondary battery and positive electrode for lithium ion secondary battery
CN110085865B (en) 2018-01-26 2021-07-23 财团法人工业技术研究院 Aqueous lithium ion battery and electrode for use therein
DE102018114009A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Active material body for a rechargeable battery
EP3827470A1 (en) * 2018-07-24 2021-06-02 Fundacion Cidetec Eco-friendly aqueous procedure to obtain high voltage cathode for li-ion batteries
DE102018215808A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Process for the production of a lithium-ion cell
US20220045321A1 (en) * 2018-09-27 2022-02-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Positive electrode active material for secondary batteries, and secondary battery
WO2020068134A1 (en) 2018-09-30 2020-04-02 Seeo, Inc. High-energy cathode material particles with oxy-fluoride surfaces for aqueous processing
DE102018219589A1 (en) 2018-11-15 2020-05-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Water-based slurry production with cathode active material coated with a solid electrolyte, production of an electrode therefrom and production of a lithium-ion battery cell
DE102018221319A1 (en) 2018-12-10 2020-06-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Water-based slurry production with cathode active material coated with a solid electrolyte, production of an electrode therefrom and production of a lithium-ion battery cell
DE102019114806A1 (en) * 2019-06-03 2020-12-03 Value & Intellectual Properties Management Gmbh Process for the production of electrical or electronic components or circuits on a flexible flat carrier
WO2020248188A1 (en) 2019-06-13 2020-12-17 Greenovelty Energy Co. Limited Method of preparing cathode for secondary battery
EP3809489A1 (en) 2019-10-14 2021-04-21 ETH Zurich Aqueous cathode slurry preparation for manufacturing lithium-ion battery cathodes
WO2021184392A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 Guangdong Haozhi Technology Co. Limited Method of preparing cathode for secondary battery
CN112838208B (en) * 2021-01-09 2023-09-12 厦门厦钨新能源材料股份有限公司 Preparation method and application of lithium ion battery anode material

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100370643C (en) * 2004-12-27 2008-02-20 深圳市比克电池有限公司 Method for fabricating positive plates of lithium ion batteries, and positive plates and lithium ion batteries produced by the method
RU2011154157A (en) * 2009-05-29 2013-07-10 Аркема Инк. WATER POLYVINYLIDENFLUORIDE COMPOSITION
JP5645092B2 (en) * 2009-11-05 2014-12-24 ユミコア Double shell core lithium nickel manganese cobalt oxide
US8852452B2 (en) * 2009-11-05 2014-10-07 Umicore Core-shell lithium transition metal oxides
JP5697906B2 (en) * 2010-06-24 2015-04-08 株式会社日本触媒 Electrode aqueous composition for secondary battery
WO2012111116A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 トヨタ自動車株式会社 Lithium ion secondary battery and method for producing same
KR101753197B1 (en) * 2011-05-31 2017-07-03 제온 코포레이션 Composite particles for lithium secondary battery positive electrodes, method for producing composite particles for lithium secondary battery positive electrodes, method for producing positive electrode for lithium secondary batteries, positive electrode for lithium secondary batteries, and lithium secondary battery
JP6359450B2 (en) * 2011-07-15 2018-07-18 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. Aqueous vinylidene fluoride polymer latex
KR101497912B1 (en) * 2012-01-17 2015-03-05 주식회사 엘지화학 Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Comprising the Same

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